2010-ben ismét tagjai voltak a 32-es világbajnoki mezőnynek. A Dél-amerikai zóna selejtezőiből a harmadik helyen jutottak ki a vb-re. A sorsolás által az F csoportba kerültek. Nyitásként 1–1-es döntetlent értek el a címvédő olaszokkal szemben. Szlovákiát Enrique Vera és Cristian Riveros góljaival 2–0-ra győzték le, Új-Zéland ellen pedig egy gól nélküli döntetlennel zárták a csoportot. Az első helyen végezve jutottak be a nyolcaddöntőbe, ahol Japánt kapták ellenfélül. A rendes játékidőben és a hosszabbításban sem esett találat, ezért büntetőrúgásokra került sor, amiben a paraguayiak kerekedtek felül (5–3). Ennek eredményeként először fordult elő, Paraguay történetében, hogy a legjobb nyolc csapat közé bejutott. A negyeddöntőben a 2008-as Európa-bajnokság győztesével Spanyolországgal (amely válogatott később megnyerte a világbajnokságot is) találkoztak. A találkozón mindkét csapat kihagyott egy-egy tizenegyest, míg David Villa két kapufás gólt lőtt a hajrában, ezzel eldöntve a párharcot (0–1).