Pirlo đá 9 trận tại vòng đấu loại Euro 2012 ở Ba Lan và Ukraina[39], ghi 1 bàn thắng trong trận thắng 5-0 của Ý trước Đảo Faroe vào ngày 7 tháng 11 năm 2010.

Với những màn trình diễn tốt tại Juventus, Pirlo được huấn luyện viên Ý bấy giờ là Cesare Prandelli trọng dụng. Trong trận mở màn của Ý tại vòng loại Euro 2012, Pirlo có một pha căng ngang giúp đồng đội Antonio di Natale hạ gục thủ thành Cassillas trong trận hòa 1–1 với đương kim vô địch Châu Âu Tây Ban Nha. Pirlo cũng có một bàn thắng cho mình tại giải này từ cú sút phạt đẹp mắt vào lưới của Croatia tại trận tiếp theo vào ngày 14 tháng 6. Ở trận cuối của vòng bảng với Ailen, Pirlo thực hiện một đường chuyền từ cú sút phạt góc cho Antonio Cassano ghi bàn mở tỉ số. Ý sau đó thắng 2-0 và tiến đến trận tứ kết với vị trí nhì bảng C. Ngày 24 tháng 6, Pirlo có một trận đất xuất sắc trước đội Anh, trận mà Ý thắng 4-2 ở loạt sút luân lưu. Qua đó anh được bầu làm cầu thủ xuất sắc nhất trận. Trong loạt sút luân lưu này, Pirlo đã hạ gục thủ thành Joe Hart từ pha sục bóng nhẹ nhàng nhưng hiểm hóc, được biết dới tên cú sút Panenka, và được báo giới ca ngợi hết mực. Tại trận bán kết vào ngày 28 tháng 6 trước Đức, Pirlo một lần nữa được bầu làm cầu thủ chơi hay nhất trận, sau khi Ý hạ Đức với tỉ số 2-1. Sau những màn trình diễn nổi bật, anh được kì vọng là sẽ giúp Ý hạ Tây Ban Nha ở trận chung kết, nhưng điều đó không xảy ra. Ý thất thủ trước Tây Ban Nha 4 trái không gỡ và Pirlo đành buồn bã nhìn các cầu thủ Tây Ban Nha lên ngôi vô địch Châu Âu lần thứ 2 liên tiếp.

Danh hiệu