Esimese värava Itaalia kasuks lõi ta 3. septembril2005 MM-valikmängus Šotimaa jalgpallikoondise vastu võõrsil 76. minutil, viigistades 1:1 ja see jäigi mängu lõpptulemuseks. Itaalia võitis kindlalt alagrupi.
2008. aasta EM-valikturniiril loositi MM-finalistid Itaalia ja Prantsusmaa samasse valikgruppi. Itaalia viigistas Prantsusmaaga kodus ja kaotas võõrsil, kuid võitis siiski alagrupi. 13. oktoobril2007 lõi Grosso oma kolmanda värava Itaalia eest, nimelt teise värava MM-valikmängus kodus Gruusia jalgpallikoondise vastu, mille Itaalia võitis 2:0. Finaalturniirile pääses igast alagrupist kaks paremat, seega Prantsusmaagi. EM-alagruppi loositi Itaalia ja Prantsusmaa taas kokku. 9. juunil kaotas Itaalia Hollandi jalgpallikoondisele 0:3 ja Grosso sekkus vahetusest 54. minutil seisul 0:2. Itaalia ülejäänud mängud tegi Grosso kaasa algusest lõpuni. 13. juunil viigistas Itaalia Rumeenia jalgpallikoondisega 1:1 ja pidi 17. juunil Prantsusmaaga välja selgitama, kumb neist alagrupist edasi ei pääse (halval juhul võisid ka mõlemad välja kukkuda). Itaalia võitis 2:0 ja pääses 22. juunil toimunud veerandfinaali Hispaania jalgpallikoondise vastu, kus väravaid ei löödud enne penaltiseeriat. Grosso realiseeris Itaalia esimese penalti, aga tema meeskonnakaaslased nii täpsed polnud ja Hispaania võitis 4:2. Hispaania tuli Euroopa meistriks ja Itaalia oli ainus, kes normaalaja suutis temaga viiki mängida.
Maailmameistrina pääses Itaalia 2009. aasta konföderatsioonide karikavõistlustele, mis toimusid Lõuna-Aafrikas. 15. juunil peetud esimese vooru mängus USA vastu jäi Itaalia 35. minutil arvulisse ülekaalu ja Grosso sai 35. minutil kollase kaardi. Poolaja võitis USA, kuid kogu mängu Itaalia 3:1. 18. juunil kaotas Itaalia teise mängu Egiptuse jalgpallikoondisele. Kahes esimeses mängus osales Grosso algusest lõpuni, aga 21. juunil kolmandas ta kaasa ei teinud. Brasiilia jalgpallikoondis alistas Itaalia 3:0 ja võitis alagrupi täiseduga. Ülejäänud meeskondade vahel tekkis surnud ring, kus Egiptus jäi väravate vahega viimaseks ja Itaalia vähese löödud väravate arvu tõttu kolmandaks. Finaalis võitis Brasiilia USA.
2010. aasta MM-valikgrupi võitis Itaalia ainsagi kaotuseta samuti kaotuseta jäänud Iirimaa jalgpallikoondise ees. 9. septembril2009 lõi Grosso oma viimase värava Itaalia eest, viies Itaalia kodus 11. minutil Bulgaaria jalgpallikoondise vastu juhtima. Mäng lõppes 2:0. Itaalia koondise peatreener Marcello Lippi kutsus Grosso koondise treeninglaagrisse, kus osales 30 jalgpallurit, aga finaalturniirile Grosso ei pääsenud. Tema asemele võttis Lippi Grosso meeskonnakaaslase Juventusest Antonio Candreva, keda ta aga MM-il ei kasutanud. Itaalia jäi 2 viigi ja 1 kaotusega alagrupis viimaseks ja langes välja.
Rohkem Grosso Itaalia koondises ei mänginud. Ta pidas Itaalia eest 48 mängu ja lõi neis 4 väravat.
Ta on abielus Jessica Repettoga. Neil on kaks poega: Filippo, kes sündis varsti pärast 2006. aasta MM-i, ja Giacomo, kes on sündinud 26. oktoobril 2009.
Välislingid
Pildid, videod ja helifailid Commonsis: Fabio Grosso