In seguito entrò nei quadri federali, inizialmente come allenatore delle giovanili (Under-23 all'epoca), ma presto venne promosso assistente di Ferruccio Valcareggi nella Nazionale maggiore e quindi vice del suo successore, Fulvio Bernardini. Nel 1975, dopo i Mondiali di Germania Ovest del 1974, fu nominato, grazie anche all'intervento di Gigi Peronace, commissario tecnico (condivise la panchina con Bernardini fino al 1977), fallendo le qualificazioni al Campionato europeo di calcio 1976. I primi frutti del suo lavoro, per cui adottò lo schema tattico applicato con successo nella allenata da Giovanni Trapattoni, di cui i suoi giocatori, che vinsero cinque degli ultimi sette campionati di Serie A fino a quel momento, costituirono l'; iniziarono a vedersi nei Mondiali del 1978, che la nazionale di Bearzot terminò al quarto posto, esprimendo il miglior gioco della manifestazione, e nell'Europeo del 1980, giocato in Italia, nel quale raggiunse la medesima posizione.