Deelname aan de meeste voorbereidende wedstrijden voorafgaand aan de Copa América 2015 in zijn land, Valdivia scoorde een doelpunt tegen El Salvador (de enige score van de wedstrijd in Rancagua) en werd opgenomen in de 23-man lijst om de beker te ontmoeten. Op 12 juni was hij een starter in de Copa América openingswedstrijd met Ecuador: een 2<unk>0 overwinning voor Chili. In de volgende groepswedstrijd met Mexico werd Valdivia door de pers geprezen voor het spelen van de volledige 90 minuten, het transendentaal zijn in alle doelpunten van Chili en het scoren van een slecht geannuleerd doelpunt tijdens die 3 tegen 3 gelijkspel. Na een andere hoogtepuntwedstrijd in een 5 tegen 0 overwinning op Bolivia, waar Alexis Sánchez assisteerde in het tweede doelpunt van Chili, was hij een belangrijke speler in de 1 tegen 0 overwinning op Uruguay (verdedigende kampioenen) voor de kwartfinales, een wedstrijd die herinnerd wordt door het incident tussen Gonzalo Jara en de spits Edinson Cavani. Na de zege in de halve finale over Peru (2<unk>1) die Chili na 28 jaar sinds 1987 in een Copa América-finale bracht
,