Danilo Pereira foi, sem surpresa, um dos 23 convocados por Fernando Santos para o Europeu 2016. Foi um dos oito jogadores a atuar em Portugal a ser convocado, e o único do FC Porto. O médio começou o torneio em França como titular, realizando 90 minutos no duelo contra a Islândia. A 14 de junho de 2016, Danilo fez toda a partida no empate a um golo que se verificou no Stade Geoffroy Guichard, em Saint-Étienne, no primeiro duelo do grupo F. No segundo embate do grupo, no qual Portugal empatou a zero contra a Áustria, Danilo não foi utilizado, voltando a jogar na última jornada do grupo F. Danilo entrou aos 81’ no empate (3-3) de Portugal contra a Hungria, em jogo disputado no Stade de Lyon a 22 de junho de 2016. Com este resultado, a equipa de Fernando Santos terminou o grupo F em 3.º lugar, passando aos oitavos-de-final como um dos melhores terceiros classificados.