Motta nam met Italië deel aan het Europees kampioenschap 2012 in Polen en Oekraïne, waar de ploeg van bondscoach Cesare Prandelli de finale bereikte. Daarin verloor "La Squadra Azzurra" met 4–0 van titelverdediger Spanje. Motta viel in de 57ste minuut in voor Riccardo Montolivo, maar moest vijf minuten later met een hamstringblessure van het veld. Omdat Prandelli al drie keer had gewisseld, moest Italië verder met tien man. Op 23 mei 2016 werd Motta opgenomen in de selectie voor het Europees kampioenschap voetbal 2016 in Frankrijk. Italië werd in de kwartfinale na strafschoppen uitgeschakeld door Duitsland.