Был вызван на чемпионат мира 2014 года в Бразилии и отыграл на нём все матчи в основном составе, доведя сборную до финала. 9 июля 2014 года в матче с Голландией Серхио Ромеро отразил 2 пенальти в послематчевой серии, что позволило сборной Аргентины выйти в финал Чемпионата мира. 14 июля 2014 года в финале ЧМ-2014 в Бразилии, в матче со сборной Германии, на 113 минуте Серхио пропустил мяч от Марио Гётце, который стал победным для немцев.