2 марта 2016 года был включён в состав игроков сборной Канады для участия в возрождённом Кубке мира в качестве капитана команды. В официальных товарищеских матчах перед турниром Кросби отдал по одной передаче в играх против США, которую канадцы проиграли 2:4, и против сборной России, в которой «Кленовые листья» одержали победу 3:2. В первой игре на чемпионате против сборной Чехии, которую канадцы выиграли со счётом 6:0, Кросби стал первой звездой, забросив одну шайбу и отдав две передачи, но во второй игре не сумел набрать очков, тем не менее «Кленовые листья» сумели победить американцев со счётом 4:2. В последнем матче группового этапа против сборной Европы Сидни открыл счёт, а канадцы одержали победу 4:1. В полуфинале «Кленовые листья» победили хоккеистов сборной России 5:3, в этой игре Кросби открыл счёт и принял участие в двух голах Брэда Маршана, в итоге став второй звездой матча. В финальной серии до двух побед против сборной Европы набрал два очка в двух матчах, оба из которых выиграли канадцы, при этом в первой игре Кросби стал первой звездой. Проведя шесть матчей на турнире, канадец набрал 10 очков и стал лучшим бомбардиром. Приз самого ценного игрока Кубка мира 2016 сделал Кросби третьим игроком после Уэйна Гретцки и Бобби Орра, которые помимо этой награды выигрывали «Харт Трофи» и «Конн Смайт Трофи».