Puis en , il participe à sa première compétition internationale avec l'équipe de France au Championnat d'Europe 2016, terminant à la après avoir un temps de jeu d'une heure et treize minutes. Puis il participe aux Jeux olympiques de Rio de Janeiro où la France s'incline en finale face au Danemark. En , lors du championnat du monde disputé en France, Fabregas remporte son premier titre du champion du monde en ayant la pleine confiance de son sélectionneur Didier Dinart puis que Fabregas est le joueur avec le temps de jeu le plus important (6h15) et qu'il est le français. Cette compétition marque pour lui une évolution dans son style de jeu : reconnu initialement pour ses qualités en défense, il ajoute à ces qualités des performances en attaque.