В 2000 году Тотти поехал в составе сборной на чемпионат Европы. Накануне турнира футболиста рассматривали как одного из четырёх кандидатов на место второго форварда в помощь Филиппо Индзаги. В первой встрече с Турцией Франческо вышел в стартовом составе и провёл на поле 83 минуты, сделав несколько острых передач: в частности, после его паса на Индзаги форвард был сбит в штрафной, заработав пенальти. В матче с Бельгией Тотти отметился забитым мячом, однако довольно часто ошибался в передачах. В третьем матче группы Тотти участия не принимал, но вышел в четвертьфинале и вновь забил. В полуфинале Италия играла с Нидерландами. Тотти, проигравший конкуренцию за место в составе Алессандро Дель Пьеро, вышел на поле на 82-й минуте встречи, заменив Стефано Фьоре, и забил послематчевый пенальти. Франческо выполнил пенальти ударом в стиле Антонина Паненки. После игры его спросили: «Вы понимаете, что в случае промаха вам было бы лучше не возвращаться в Рим?», на что он ответил: «Но я же забил!». Накануне финала с Францией итальянская общественность обсуждала возможность выпустить вместе Тотти и Дель Пьеро, в частности, Арриго Сакки сказал, что это «может стать козырем в игре». В финале Италия проиграла 1:2; Тотти провёл весь матч и поучаствовал в комбинации, в результате которой «Скуадра Адзурра» забила свой гол и сделал выгодную передачу на Алессандро Дель Пьеро, который вышел один-на-один с вратарём соперника, но момент не реализовал; также в игре Ческо получил жёлтую карточку за недисциплинированное поведение. По мнению многих итальянцев, Франческо стал лучшим игроком финала в составе их национальной команды.