En junio de 2012 Alonso es convocado para jugar la Eurocopa 2012, el 23 de junio de 2012 marca un doblete en los cuartos de final contra Francia en su centésimo partido vistiendo la elástica roja, convirtiéndose en el mejor jugador del encuentro y llevando a su equipo a semifinales, donde se enfrentaron a Portugal, el partido terminaría sin goles, y se tuvo que definir en tanda de penaltis, Alonso falló su penalti, pero igualmente España se clasificaría a la final.