Després de l'Euro 2000, Nesta va seguir sent el centre de primera opció d'Itàlia sota el nou entrenador Giovanni Trapattoni, amb una gran participació durant la campanya de qualificació per a la Copa del Món de 2002. Durant la Copa del Món de 2002, va ser soci de Fabio Cannavaro en la defensa central, mantenint una fitxa neta en la victòria d'obertura contra l'Equador, però una vegada més, una lesió li va impedir jugar en la segona ronda, i Nesta no va participar en la controvertida derrota de la segona ronda contra la Corea del Sud. Nesta va tenir un paper destacat quan Itàlia va liderar el seu grup de qualificació per a l'Euro 2004. La decepció d'Itàlia en els grans tornejos va continuar a l'Euro 2004
, però, on van ser eliminats en la primera ronda després d'un empat de cinc punts a tres amb Dinamarca i Suècia, només per ser eliminats en enfrontaments directes. Nesta va aconseguir mantenir-se lliure de lesions i va jugar durant 90 minuts complets en els tres partits del grup, ajudant a Itàlia a mantenir una fitxa neta en el partit d'obertura contra Dinamarca.