Completa la següent frase: Al final de la temporada, Marchisio va ser objecte de rumors de transferència, ja que el seu contracte actual havia de expirar el proper estiu. El 6 de juliol de 2015, però, va signar una extensió de cinc anys, mantenint-lo al seu club natal fins a la temporada 2019-2020. Marchisio va quedar fora durant un mes després de patir una lesió en un múscul adductor de la seva cama dreta en la seva primera aparició de lliga de la temporada el 12 de setembre de 2015, quan la Juventus va empatar 1 a 1 a casa contra el Chievo. El 24 de novembre, Marchisio va ser nominat per a l'equip de l'any 2015 de la UEFA. El 15 de març de 2016 es va anunciar que Marchisio es perdria la segona ronda de les eliminatòries de la Lliga de Campions contra el Bayern de Munic el 16 de març a causa d'un problema muscular a la seva potolla esquerra. Va tornar a l'acció el 2 d'abril, en una victòria a casa 1-0 sobre l'Empoli. Dues setmanes més tard, el 17 d'abril, Marchisio va patir una lesió en el lligament cruciat anterior durant la victòria de la Juventus 4 a 0 a casa sobre el Palermo després d'una caiguda incòmoda amb un desafiament a Franco Vázquez, que el va excloure per a la resta de la temporada, així com el pròxim torneig de l'UEFA Euro 2016. Després d'una operació exitosa al genoll esquerre el 19 d'abril, es va confirmar que seria inactiu durant sis mesos. Després que la Juventus aconseguís el seu rècord per cinquena vegada consecutiva
El 25 d'abril, el capità i portier del club Buffon va dedicar la victòria a Marchisio.