Il 2 giugno 2008, dopo l'infortunio in allenamento del capitano Fabio Cannavaro, viene convocato al suo posto per l'Europeo 2008, quando il gruppo degli "Azzurri" si trova già in ritiro in Austria ad una settimana dalla prima partita. Gamberini viene convocato in Nazionale il successivo 6 settembre e riesce a esordire da titolare nella gara di qualificazione ai Mondiali in Sud Africa, ma dopo 5 minuti viene sostituito per un infortunio alla spalla. Viene poi convocato per la Confederations Cup 2009 in Sudafrica.