En las eliminatorias de la fase final se enfrentó a Portugal el 29 de junio de 2010 en octavos, derrotándola por 1-0. En cuartos de final se encontró el de julio con Paraguay. Venció a la selección guaraní por 0-1 con un gol de David Villa, clasificándose por primera vez en su historia para una eliminatoria de semifinales en un mundial, ronda en la que eliminó Alemania, ganando 0-1, con gol de Carles Puyol a la salida de un saque de esquina. Su rival en su primera final mundialista fue Países Bajos a la que venció por un gol a cero, tanto que marcó el centro campista Andrés Iniesta en la prórroga.
Además, como reconocimiento a su actuación en la fase final, España obtuvo el premio FIFA Fair Play