A 2002-es és a 2006-os világbajnokságra nem sikerült kijutniuk. 2010-es tornára azonban ismét összejött a részvétel. A Kolumbia elleni idegenbeli világbajnoki selejtezőn 4–2-re győztek és ezzel eldőlt, hogy Chile kijut a 2010-es labdarúgó-világbajnokságra. A H csoportba kerültek. Első mérkőzésükön Jean Beausejour találatával 1–0-ra legyőzték Hondurast. Ez volt az első győzelmük azóta, hogy 1962-ben megverték Jugoszláviát. Második mérkőzésükön szintén 1–0-s győzelmet arattak, ezúttal Svájc ellen. Spanyolországtól végezetül 2–1-es vereséget szenvedtek, de a második helyen továbbjutottak a csoportból. A nyolcaddöntőben akárcsak a legutolsó világbajnoki szereplésük alkalmával (1998) ismét Brazília várta őket és ismét vereséget szenvedtek 3–0 arányban.