Tardelli có trận đấu đầu tiên trong màu áo đội tuyển quốc gia ngày 7 tháng 4 năm 1976 gặp Bồ Đào Nha. Tardelli tiếp tục xuất hiện trong màu áo đội tuyển quốc gia ở các giải đấu lớn sau đó như World Cup 1978 hay Euro 1980 và đặc biệt chơi ấn tượng ở World Cup 1982, giải đấu mà Italia giành chức vô địch lần thứ 3 sau 44 năm. Tại giải này Tardelli ghi hai bàn thắng, một trong trận vòng bảng gặp Argentina và bàn còn lại là bàn nâng tỷ số lên 2-0 trong trận chung kết với Tây Đức. Pha ăn mừng bàn thắng của Tardelli trong trận chung kết đã trở thành một hình ảnh cực kì nổi tiếng và là một trong những màn ăn mừng đáng nhớ nhất mọi thời đại. Nước mắt lưng tròng, Tardelli chạy thật nhanh về phía băng ghế huấn luyện với hai bàn tay nắm chặt trước ngực, miệng hét "Marco Tardelli... Marco Tardelli!" và đầu thì lắc mạnh [2]. Màn ăn mừng đó sau này được biết đến với cái tên "Tardelli cry" (Tardelli khóc). Sau này trong trận bán kết World cup 2006, sau khi ghi bàn mở tỉ số trong những phút cuối của hiệp phụ thứ 2, Fabio Grosso cũng có pha ăn mừng làm gợi nhớ lại pha ăn mừng của Tardelli khi xưa.

Tardelli có tổng cộng 81 lần khoác áo đội tuyển quốc gia, trận đấu cuối cùng của ông cho đội tuyển là trận gặp Na Uy tháng 9 năm 1985. Tardelli giải nghệ năm 1988.