World Cup 2014

Sau khi thường xuyên ra sân tại các trận đấu vòng loại, Marchisio có tên trong danh sách tham dự World Cup 2014 của đội tuyển Ý.

Ngày 30 tháng 5 năm 2014, lần đầu tiên anh được mang đội trưởng tuyển Ý trong trận giao hữu chuẩn bị World Cup gặp Cộng hòa Ireland, sau khi Riccardo Montolivo rời sân vì chấn thương.

Tại World Cup 2014, anh đã có bàn thắng đầu tiên tại một giải đấu lớn, khi ghi bàn từ khoảng cách 25 yard vào lưới đội tuyển Anh. Marchisio tiếp tục ra sân trong hai trận đấu vòng bảng tiếp theo gặp Costa Rica và Urugay. Cả hai trận đấu đó, Ý đều để thua với cùng một tỷ số 1-0. Trong trận đấu cuối cùng gặp đội tuyển Uruguay, anh đã phải nhận một thẻ đỏ trực tiếp đầy tranh cãi ở phút thứ 59. Đây là thẻ đỏ đầu tiên trong sự nghiệp thi đấu quốc tế của Marchisio. Đội tuyển Ý sau đó thua 1-0 và bị loại ngay từ vòng bảng.