Mistrzostwa Europy 2016 Antoine Griezmann został również powołany na Euro 2016 rozgrywane we Francji. W fazie grupowej otworzył w 90. minucie wynik wygranego (ostatecznie 2:0) meczu z Albanią. W 1/8 finału zdobył dwie bramki w spotkaniu przeciwko Irlandii, ustalając wynik na 2:1 dla Francji. W ćwierćfinale Trójkolorowi mierzyli się z Islandią, wygrywając 5:2. Griezmann zdobył w tym meczu gola na 4:0, trafiając w 45. minucie. W spotkaniu półfinałowym Les Bleus zagrali przeciwko Niemcom. W wygranym 2:0 meczu oba gole zdobył Griezmann. W finale Euro, swoim trzecim w historii reprezentacji, Francja uległa Portugalii 0:1 po dogrywce.
Antoine Griezmann zakończył rozgrywki z sześcioma trafieniami, zdobywając koronę króla strzelców. Został również wybrany najlepszym zawodnikiem mistrzostw.
Mistrzostwa Świata 2018 17 maja 2018 Griezmann został powołany do kadry Francji na Mistrzostwa Świata 2018 w Rosji. 16 czerwca 2018 został sfaulowany w polu karnym i wykorzystał rzut karny, otwierając wynik w meczu, a ostatecznie wygranym 2:1 nad Australią w pierwszym meczu grupowym, który był pierwszą decyzją karną przyznaną na mistrzostwach świata, za pomocą systemu wideoweryfikacji. 30 czerwca 2018 w meczu 1/8 finału wykorzystał rzut karny na faulu Kyliana Mbappé w wygranym 4:3 z Argentyną.