У 2000 році Тотті поїхав у складі збірної на чемпіонат Європи. Напередодні турніру футболіста розглядали як одного з чотирьох кандидатів на місце другого форварда на допомогу Філіппо Індзагі. У першій зустрічі з Туреччиною Франческо вийшов у стартовому складі й провів на полі 83 хвилини, зробивши декілька гострих передач: зокрема, після його пасу на Індзагі, форвард був збитий у штрафному, заробивши пенальті. У матчі з Бельгією Франческо відзначився забитим м'ячем, проте досить часто помилявся в передачах. У третьому матчі групи Тотті участі не брав, але вийшов у чвертьфіналі й знову забив. У півфіналі Італія грала з Нідерландами. Тотті, який програв конкуренцію за місце в складі Алессандро Дель П'єро, вийшов на поле на 82-ій хвилині зустрічі, замінивши Стефано Фйоре, і забив післяматчевий пенальті. Франческо виконав пенальті ударом у стилі Антоніна Паненки. Після гри його запитали: «Ви розумієте, що в разі промаху вам було б краще не повертатися в Рим?», На що він відповів: «Але я ж забив!». Напередодні фіналу з Францією італійська громадськість обговорювала можливість випустити разом Тотті і Дель П'єро, зокрема, Арріго Саккі сказав, що це «може стати козирем у грі». У фіналі Італія програла 1:2; Тотті провів увесь матч і взяв участь у комбінації, у результаті якої «Скуадра Адзурра» забила свій м'яч і зробив вигідну передачу на Алессандро Дель П'єро, який вийшов один-на-один з воротарем суперника, але момент не реалізував; також у грі Ческо отримав жовту картку за недисципліновану поведінку. На думку багатьох італійців, Франческо став найкращим гравцем фіналу в складі їх національної команди.