In 2004 speelde Barzagli op drie verschillende niveaus voor Italië. Op 17 november 2004 maakte hij zijn debuut in het Italiaans voetbalelftal, het hoogste niveau, in een vriendschappelijke interland tegen Finland (1–0 winst). Bondscoach Marcello Lippi liet naast Barzagli nog vijf anderen debuteren, waaronder zijn toenmalige ploeggenoot bij Palermo Cristian Zaccardo. Italië won door een doelpunt van Fabrizio Miccoli. Barzagli speelde één wedstrijd in het kwalificatietoernooi voor het wereldkampioenschap voetbal 2006, het duel op 7 september 2005 in en tegen Wit-Rusland (1–4 winst). Hij verving vijf minuten voor tijd Mauro Camoranesi. Barzagli werd in mei 2006 opgenomen in de selectie van Italië voor het wereldkampioenschap in Duitsland en speelde mee in de achtste finale tegen Australië (0–1 overwinning) en speelde de volledige kwartfinale tegen Oekraïne op 30 juni, die met 3–0 werd gewonnen. Italië bereikte de finale na Duitsland in de halve finale te hebben verslagen. In de finale kwam Barzagli niet in actie. Het Italiaans elftal won de finale van Frankrijk na strafschoppen.