Với phong độ ấn tượng của mình, tiền vệ Payet được gọi vào ĐT Pháp dự VCK EURO 2016. Anh chính là một trong những ngôi sao lớn nhất của đội chủ nhà ở giải đấu lần này. Cầu thủ 29 tuổi chính là ngôi sao lớn nhất của Les Bleus ở vòng bảng, anh đóng góp 2 bàn thắng cùng 1 kiến tạo. Ở vòng đấu loại trực tiếp, cầu thủ này cũng chơi rất tốt, nhưng những đóng góp của anh không thể giúp Pháp vô địch Euro 2016. Trong trận chung kết, đội chủ nhà đã thất thủ 0-1 trước Bồ Đào Nha qua đó nhường chức vô địch cho đối thủ.