Lors de la Copa América 2015, organisée au Chili, il marque sur penalty le premier but Chilien du tournoi contre l'Équateur (victoire 2-0). Durant le second match de poules, il marque un doublé au cours d'une rencontre très disputée contre le Mexique, malgré un match nul (3-3). À la suite d'un incident l'impliquant dans un accident routier, Vidal présente ses excuses en conférence de presse et le sélectionneur Sampaoli décide ne pas l'expulser de l'équipe. Le 4 juillet, il participe à la finale de la compétition contre l'Argentine. Ce match tendu ne voit aucune des deux équipes prendre l'avantage. Le titre se joue aux tirs au but et les coéquipiers de Vidal remportent l'exercice. Le Chili s'impose pour la première fois de son histoire en Copa, à domicile. Il conserve ce titre l'année suivante en remportant avec sa sélection la Copa América 2016.