Kauden lopussa Marchisio oli vaihtohuutojen kohteena, sillä hänen nykyinen sopimuksensa päättyi ensi kesänä. 6. heinäkuuta 2015 hän kuitenkin allekirjoitti viisivuotisen jatkosopimuksen, joka säilytti hänet kotikaupunkinsa klubilla kauteen 2019-20. Marchisio jäi pois joukkueesta kuukaudeksi, kun hän loukkaantui oikean jalkansa adductor-lihakseen kauden ensimmäisessä ottelussa 12. syyskuuta 2015, kun Juventus teki tasapeliin 1<unk>1 kotonaan Chievoa vastaan. 24. marraskuuta Marchisio nimitettiin vuoden 2015 UEFA-joukkueeseen. 15. maaliskuuta 2016 ilmoitettiin, että Marchisio jää väliin 16. maaliskuuta Bayern Münchenin vastaan pelatusta Mestarien liigan kahdeksankymmenenottelun toisesta kierroksesta vasemman vasikan lihasongelman vuoksi. Hän palasi toimintaan 2. huhtikuuta, 1-0 kotimaan voitto Empoli. Kaksi viikkoa myöhemmin, 17. huhtikuuta, Marchisio kärsi etuveljarangan loukkaantumasta, kun Juventus voitti Palermon 4 - 0 kotiottelussa Franco Vázquezin kanssa, mikä sulki hänet pois lopun kauden sekä tulevan UEFA Euro 2016 -turnauksen. Hänen vasemmassa polvessaan tehdyn onnistuneen leikkauksen jälkeen 19. huhtikuuta vahvistettiin, että hän olisi puoli vuotta poissa pelistä. Juvenuksen viides Serie A-ennätys.
Marcheson voittaminen johti joukkueen kapteeni ja maalivahti Buffonin 25. huhtikuuta Marcheson voittoon.