Термін дискваліфікації Россі завершився лише за місяць до старту чемпіонату світу 1982 року в Іспанії, попри це очільний тренерського штабу збірної Італії Енцо Беардзот не лише включив його до заявки команди на турнір, але й розглядав його як основного гравця лінії нападу «лазурових». Россі набував ігрову форму вже по ходу турніру і у перших чотирьох матчах італійців голів не забивав. Але завершальний відрізок мундіалю став для нього «зірковим часом» — спочатку він відзначився хет-триком у ворота Бразилії у вирішальній грі другого групового раунду, який приніс його команді перемогу 3:2 і вивів її до плей-оф; згодом у півфіналі Італія здолала Польщу з рахунком 2:0 завдяки «дублю» Россі; а у фінальній грі проти збірної ФРН він відкрив рахунок, заклавши основу для перемоги італійців з рахунком 3:1. Таким чином значною мірою саме завдяки Россі італійці здобули свій третій титул чемпіонів світу, а сам Россі, забивши шість голів у заключних трьох іграх турніру, став його найкращим бомбардиром. Крім того його визнали найкращим гравцем чемпіонату світу, а згодом й найкращим футболістом Європи і найкращим футболістом світу 1982 року.