I VM 2014 spelade Barzagli varenda minut för Italien, som misslyckades med att gå vidare från gruppspelet. Även i EM 2016 fanns han på planen under hela Italiens mästerskap, som slutade efter kvartsfinalförlust mot Tyskland på straffar. Barzagli gjorde mål på Italiens tredje straff i avgörandet.