Marcelo Díaz fue titular absoluto en los seis partidos que jugó Chile en la Copa América 2015, destacando como una de las figuras del certamen, siendo escogido parte del Equipo Ideal de la Copa América 2015 y jugando 487 minutos en el primer título en la historia de Chile. El 4 de julio de 2015 jugaron la Final de la Copa América frente a la Argentina de Lionel Messi en un Estadio Nacional repletó, Díaz fue titular en aquella final jugando como liberó y teniendo una destacable actuación junto a Gary Medel y Francisco Silva en defensa, luego de 120 minutos muy disputados ambas escuadras igualaron 0-0 y tuvieron que definir el título en lanzamientos penales, en el tercer penal argentino Claudio Bravo le detuvo su disparó a Ever Banega dejando a Chile a un pasito del título y en el cuarto tiro chileno fue de Alexis Sánchez quien la picó (haciendo un penalti a lo panenka) sobre el costado derecho de Sergio Romero para que Chile levantase el primer título continental de su historia derrotando a los argentinos por 4-1, camiseta manchester city como anécdota Díaz era designado a patear el último penal en aquella definición.
