Non fu più titolare sotto la gestione di Vicente del Bosque (anche a causa dell'esplosione calcistica di Gerard Piqué) ma fu comunque convocato dal nuovo C.T. per la FIFA Confederations Cup 2009. Nel corso del torneo fu schierato solo nella seconda partita della fase a gironi contro l'Iraq. Il 29 maggio 2010, grazie alla vittoria della selezione spagnola sull'Arabia Saudita, superò il record del brasiliano Garrincha (fermo a 49) e divenne il giocatore con il record di partite consecutive - in campo internazionale - senza sconfitta (57). Convocato da Del Bosque per il , Marchena giocò solo tre partite, tutte da subentrante nei minuti finali, laureandosi campione del mondo al termine della finale contro i Paesi Bassi.