W reprezentacji Włoch Collovati zadebiutował 24 lutego 1979 w wygranym 3:0 meczu z Holandią. Natomiast 16 lutego 1980 zdobył swoją pierwszą bramkę w kadrze, w wygranym 2:1 meczu z reprezentacją Rumunii. Pierwszą wielką imprezą, na której z zespołem Włoch zagrał Collovati to Mistrzostwa Europy w 1980 odbywające się w jego ojczyżnie. Tam zagrał we wszystkich 3 meczach grupowych, ale Włosi zajęli dopiero 2. miejsce w grupie B i pozostał im tylko mecz o 3. miejsce. 21 czerwca na stadione Stadio San Paolo w Neapolu Włosi podejmowali reprezentację Czech. Po 120 minutach wynik brzmiał 1:1 i o meczu miały zadecydować rzuty karne. Przez 8 kolejek gracze obu drużyn wykonywali bezbłędnie swoje jedenastki. W 9. kolejce strzelił Słowak Jozef Barmoš, a Fulvio Collovati nie zdołał z 11 metrów pokonać bramkarza Jaroslava Netolički i Włosi ostatecznie nie zdobyli nawet brązowego medalu. W 1982 roku Collovati pojechał z Włochami na Mistrzostwa Świata w Hiszpanii. Tam był podstawowym obrońcą swojej reprezentacji i zagrał we wszystkich 7 meczach swojej drużyny. Zagrał także w tym najważniejszym – 11 lipca w finale na Estadio Santiago Bernabéu z reprezentacją RFN. Włosi zdeklasowali Niemców i po 90. minutach mogli cieszyć się ze zdobycia trzeciego w historii mistrzostwa świata. Collovati pojechał także na kolejne finały MŚ, na Mistrzostwa Świata w Meksyku. Tam był jednak tylko w szerokiej kadrze "Squadra Azzurra" i tylko raz wybiegł na boisku w grupowym meczu z reprezentacją Korei Południowej (3:2). Włosi odpadli już w 1/8 finału przegrywając z późniejszymi brązowymi medalistami, Francją. Mecz Koreą był jego ostatnim w kadrze narodowej, w której łącznie rozegrał 50 meczów i zdobył 3 bramki.