Em 2010, foi convocado para a terceira Copa do Mundo de sua carreira, realizada na África do Sul. Manteve a boa regularidade e, novamente como capitão, foi uma das mais importantes peças na campanha do primeiro título mundial da Espanha. Na final, os espanhóis bateram a Holanda por 1 a 0, gol de Andrés Iniesta. Tornou-se o terceiro goleiro (ou guarda-redes) a receber uma taça de campeão do mundo (depois dos italianos Gianpiero Combi e Dino Zoff), no primeiro título de seu país no torneio. Casillas conquistou ainda o prêmio Luva de Ouro do torneio, entregue ao melhor goleiro da Copa, tendo sofrido somente dois gols em todo o Mundial, na derrota contra a Suíça, durante a partida de estreia, e contra o Chile, também na fase de grupos.Dois anos depois, Iker conquistou a Eurocopa de 2012, segundo título de Eurocopa na sua carreira e de forma consecutiva, já que havia conquistado o torneio quatro anos antes. Este tornou-se um fato inédito no futebol europeu, já que jamais uma Seleção havia conquistado duas Eurocopas de forma consecutiva. Foi talvez o principal jogador na impecável campanha da Espanha no torneio, sofrendo apenas um gol em seis jogos, e quebrando recordes. Exatamente na final da Euro, com a goleada por 4 a 0 contra a Itália, Casillas completou 100 vitórias por sua Seleção Nacional, um recorde jamais alcançado por nenhum outro futebolista na história. Além deste, outro recorde conquistado pelo goleiro espanhol foi o de mais tempo sem sofrer gols numa Eurocopa, superando o italiano Dino Zoff. O recorde de Zoff era de de 494 minutos, e Casillas superou-o chegando aos 510 minutos sem sofrer um gol sequer: 30 após o único gol sofrido no torneio, contra a Itália ainda na fase de grupos, 90 contra a República da Irlanda, 90 frente a Croácia, 90 nas quartas-de-final contra a França, 120 incluindo a prorrogação da semifinal contra Portugal e mais os 90 da final, novamente frente a Itália.