En el primero de estos duelos, el 2 de junio de 2012, ante Bolivia, La Roja ganó en La Paz por 2-0 por la quinta fecha (al igual que en las clasificatorias pasadas), segunda equipacion del chelsea con goles de Charles Aránguiz y de Arturo Vidal. No tuvieron un buen debut a diferencia de la Copa América pasada y cayeron por 2-1 contra Argentina con Díaz jugando un bajo partido al igual que todo el equipo equipo, debido a esto fue suplente en el segundo duelo contra Bolivia que ganaron por un sufrido 2-1 con doblete de Arturo Vidal. En aquel año, Díaz fue artífice de la clasificación al Mundial de Brasil 2014, tras quedar inhabilitado para el duelo contra Perú en Lima (derrota 1-0) por la Fecha 11, volvió para la decimosegunda fecha contra Uruguay de local en la cual ganaron 2-0 con anotaciones de Esteban Paredes y Eduardo Vargas con Díaz jugando los 90 minutos, para la siguiente fecha vencieron 2-1 a Paraguay con Díaz asistiendo a Eduardo Vargas al minuto 41 para que marcase un golazo desde fuera del área y a la vez el primero de la tarde. Debido a esto y su bajo nivel en la final de la Copa Confederaciones 2017 no fue convocado para la última doble fecha contra Ecuador y Brasil, donde quedaron fuera del Mundial tras perder 3-0 contra este último.
En la Fecha 12 fue clave para el triunfo 3-1 contra Uruguay en el Estadio Nacional a pesar de haber cometido un error en el gol uruguayo, logró reivindicarse al minuto 75 tras dar un pase largo a Alexis Sánchez para que este convirtiera el 3-1 final. El 2 de junio de 2017, integró la nómina final de la selección chilena que disputaría la Copa Confederaciones 2017 celebrada en Rusia. En la quinta fecha se midieron contra Argentina de local y cayeron por 1-2 en el primer partido de Juan Antonio Pizzi al mando de la selección chilena donde Díaz salió lesionado al minuto 21 por Bryan Rabello quedando descartado para el duelo contra Venezuela por la sexta fecha. El 4 de mayo de 2012, Marcelo fue convocado en la lista de 25 jugadores para los duelos clasificatorios contra Bolivia y Venezuela. El 16 de mayo de 2016, fue incluido en la nómina final por Juan Antonio Pizzi para disputar la Copa América Centenario, celebrada en Estados Unidos. Durante esta misma temporada anotó siete goles en treinta y dos encuentros de liga, además marcó un gol más en la Copa Italia, donde la Lazio logró avanzar hasta los cuartos de final siendo eliminados por el S. S. C. Napoli.
Pese a contar los cuatro partidos como victorias, al finalizar la temporada el equipo solo pudo quedar cuarto empatado a puntos con el Tenerife que fue el que consiguió el ascenso. El gran inicio goleador del delantero Paco Alcácer con 4 goles en 5 jornadas le llevó el 4 de septiembre a debutar con la selección española con solo 21 años, marcando su primer gol cuatro días después en partido oficial frente a Macedonia, lo que le hizo ganar peso tanto en el club como en el resto del país. A todo club o jugador implicado en una competición así, como consecuencia, no se le permitiría participar en ninguna competición organizada por la FIFA ni por su confederación correspondiente. «Un juez prohíbe a UEFA, FIFA y a las Ligas tomar medidas contra la Superliga». En las siguientes 2 fechas vencieron a Bolivia y Venezuela de local por 3-1 y 3-0 respectivamente con Díaz jugando los 90 minutos en ambos encuentros y jugando a un gran nivel. En marzo de 2017 sufrió una lesión en la rodilla derecha con su equipo Celta de Vigo que lo dejó fuera de la doble fecha clasificatoria contra Argentina y Venezuela.
58 28 de junio de 2017 Kazán Arena, Kazán, Rusia Portugal Portugal 0-0 (t. Ya recuperado de su lesión, regresó para la doble fecha de agosto/septiembre 2017 contra Paraguay de local y Bolivia de visita, en el primer partido cayeron por un claro 0-3 contra los paraguayos en el Estadio Monumental, y en el segundo cayeron por 1-0 contra Bolivia en La Paz complicando sus aspiraciones de clasificar a un tercer mundial consecutivo, en aquel duelo Marcelo cometió un error clave tras una mano dentro del área, se cobró penal a favor de los bolivianos y Juan Carlos Arce anotó el único gol del partido. Mundial Sede Resultado PJ Goles Asis. Eliminatorias País Resultado Posición Partidos Goles Asis. El 13 de noviembre de 1945 se celebró, en el estadio londinense de Stamford Bridge, un partido amistoso entre el Chelsea FC y el Dinamo, que finalizó con empate a tres goles. Con la llegada del italiano Carlo Ancelotti, el Chelsea obtuvo una Community Shield, así como su primer doblete entre Premier League y FA Cup en su primer año bajo su mandato.
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