Con la selección absoluta de Italia fue miembro de la escuadra "azurra" que ganó el Campeonato Europeo de Futbol UEFA en 1968 realizado en Italia, un torneo que le brindó su debut internacional. Anastasi debutó en la primera parte del partido ante Yugoslavia en el Estadio Olímpico de Roma el 8 de junio, con el resultado de empate a 1. En la final contra el mismo equipo, dos días más tarde, anotó su primer gol internacional, el segundo gol de la victoria de Italia por 2-0, con un disparo desde fuera del área. Fue parte inicial del equipo italiano para la Copa Jules Rimet (Copa del Mundo) en 1970, pero una lesión lo dejó fuera del equipo. Su plaza y la del mediocentro Giovanni Lodetti fueron ocupadas por Roberto Boninsegna y Pierino Prati. Italia llegó a la final del campeonato.