Con il selezionatore Cesare Prandelli prende parte al in Polonia e Ucraina. Il 18 giugno s'infortuna nella terza partita del girone contro l', ma, recuperando in tempi record, rientra appena dieci giorni dopo, in tempo per la "classica" contro la che vale la semifinale, vinta per 2-1. Nella finale, da un suo errore nasce il vantaggio della Spagna in una gara che l'Italia perderà nettamente (4-0); nella circostanza Chiellini dovrà lasciare il campo nel primo tempo per lo stesso problema muscolare delle precedenti partite.