Na Euro 2016 Włochy po dwóch zwycięstwach (niespodziewane 2:0 Belgią i wymęczone 1:0 ze Szwecją) oraz jednej porażce (0:1 w ostatnim meczu z Irlandią) wyszły z grupy z pierwszego miejsca. W 1/8 finału zmierzyły się na faworyzowaną Hiszpanii, z którą wygrały pewnie 2:0 dzięki trafieniom Chielliniego i Pellè, lecz w ćwierćfinale zmierzyli się z reprezentacją Niemiec, z którymi Włosi przegrali w rzutach karnych 5:6 (po 120 minutach remis 1:1), odpadając tym samym z turnieju. Po tych mistrzostwach Antonio Conte przestał być selekcjonerem reprezentacji Włoch – zastąpił go Giampiero Ventura.
W eliminacjach do MŚ 2018 Włosi rywalizowali z Hiszpanią, Albanią, Izraelem, Macedonią i Liechtensteinem. Zajęli w niej drugie miejsce z dorobkiem 23 punktów po siedmiu zwycięstwach, dwóch remisach i porażce w dziesięciu spotkaniach. Dało to prawo do udziału w meczach barażowych, gdzie Azzurri mierzyli się z reprezentacją Szwecji. Po porażce w pierwszym meczu w Sztokholmie 0:1, w rewanżu na San Siro w Mediolanie padł bezbramkowy remis. Tym samym Włosi sensacyjnie nie awansowali na mundial po raz pierwszy od 1958 roku. W następstwie tego wydarzenia Gianluigi Buffon, Giorgio Chiellini, Daniele De Rossi i Andrea Barzagli zakończyli kariery reprezentacyjne, a dotychczasowy selekcjoner Italii Giampiero Ventura został zwolniony.