Wraz z przyjściem Antonio Conte jako nowego trenera Juventusu, Barzagli stał się integralną częścią linii obrony Juventusu i był jednym z najbardziej konsekwentnych wykonawców klubu, zakończonym odwołaniem do drużyny narodowej. Juventus zakończył sezon 2011-12 z najlepszą obroną we Włoszech i w Europie, przyjmując tylko 20 bramek w 38 występach. Barzagli strzelił swój pierwszy bramkę dla Juventusu 13 maja 2012 roku, zdobywając karę przeciwko Atalancie w ostatnim meczu sezonowym, w wygranej 3 do 1. Pomógł Juventusowi wygrać scudetto 2011/12 niepokonany, a
2012 Supercoppa Italiana; Juventus również awansował do finału Coppa Italia w tym sezonie. Jego gwiezdny sezon przyniósł mu miejsce w drużynie roku w Serie A. Pod koniec sezonu przedłużył kontrakt z Juventusem do 2015 roku.