À l'été 2005, à 21 ans, Chiellini retourne à Turin après sa première saison réussie en Serie A. Chiellini doit porter un masque de protection pendant plusieurs mois à la suite d'une fracture du nez survenue lors d'un match amical contre le Benfica Lisbonne en août 2005. Il joue moins en raison de la forte concurrence de Zambrotta et Balzaretti. Après des débuts difficiles, il découvre le haut niveau avec des titularisations contre le Bayern et Arsenal en Ligue des champions puis face à l'Inter Milan, l'AS Rome et le Milan AC en championnat. Chiellini prend part à 17 rencontres de Serie A, aidant ainsi la Juve à remporter son Scudetto. Ce titre est ensuite révoqué suite à l'affaire Calciopoli. Le club relégué, Chiellini reste au club malgré le départ de nombreux joueurs.