Setelah Euro 2000, Nesta's tetap menjadi pilihan pertama untuk Italia di bawah manajer baru Giovanni Trapattoni, tampil secara ekstensif selama kampanye kualifikasi Piala Dunia 2002. Selama Piala Dunia 2002, ia bermitra dengan Fabio Cannavaro di pertahanan tengah, menjaga clean sheet dalam kemenangan pembukaan melawan Ekuador, tetapi sekali lagi, cedera membuatnya tidak bermain di babak kedua, dan Nesta tidak tampil dalam kekalahan babak kedua yang kontroversial terhadap tuan rumah Korea Selatan. Nesta tampil menonjol saat Italia menempati posisi teratas grup kualifikasi Euro 2004. Kekecewaan Italia di turnamen besar berlanjut di Euro 2004
, namun, di mana mereka tersingkir di babak pertama setelah tiga arah empat poin dengan Denmark dan Swedia, hanya untuk tersingkir pada pertemuan langsung. Nesta berhasil bertahan tanpa cedera dan bermain selama 90 menit penuh di ketiga pertandingan grup, membantu Italia untuk menjaga clean sheet di babak pembukaan melawan Denmark.