北京时间7月7日凌晨3点，欧洲杯半决赛正式打响，意大利对阵西班牙。双方在常规时间90分钟内1-1战平，加时赛也没能分出胜负，点球大战意大利4-2击败西班牙，意大利成为本届欧洲杯首支晋级决赛的球队，他们将在决赛对阵英格兰和丹麦之间的胜者。
比赛开始不久，意大利就向西班牙球门制造威胁。第4分钟，巴雷拉在前场接到直传在禁区内右脚兜射击中立柱，不过巴雷拉接球时已经越位在先。第15分钟，费兰-托雷斯在中场抢断皮球后突破到禁区前沿起脚远射偏出。第26分钟，奥尔莫在禁区内的射门被意大利门将多纳鲁马倒地扑出。
第33分钟，奥尔莫带球到禁区前沿起脚远射将球踢飞。奥亚萨瓦尔在禁区接到队友的斜传，起脚射门踢飞。第45分钟，因西涅在禁区内短传给埃莫森，埃莫森在禁区左侧小角度起脚射门皮球中横梁立柱交界处弹出，意大利错失破门良机。上半场比赛，虽然西班牙占据控球权，但反而意大利对西班牙的威胁更大。
下半场易边再战，第52分钟，布斯克茨在禁区线接到回传起脚射门稍稍高出。第58分钟，奥亚萨瓦尔接到皮球后闪开角度起脚远射被多纳鲁马没收。第59分钟，意大利形成快速进攻的机会，费德里科-基耶萨在禁区里内切起脚劲射破门，意大利1-0领先西班牙。
这粒进球是小基耶萨在本届欧洲杯的个人第2球，因此他超越自己的父亲恩里科-基耶萨在欧洲杯的进球数。此外，小基耶萨在欧洲杯半决赛破门，这是意大利队史上第二位在欧洲杯半决赛取得进球的球员，首位是2012欧洲杯的巴洛特利。同时，小基耶萨也是继齐达内之后，首位在欧洲杯半决赛取得进球的尤文球员。
第65分钟，奥亚萨瓦尔在禁区内接到传中头球攻门偏出。第67分钟，小基耶萨在禁区分球给贝拉尔迪，贝拉尔迪小角度射门被西班牙门将乌奈-西蒙挡出。第80分钟，莫拉塔接到后场的传球连续突破到前场分球给奥尔莫，奥尔莫再将球传给莫拉塔，莫拉塔在禁区中路起脚推射破门，西班牙1-1意大利。
值得一提的是，这粒进球正是莫拉塔个人在欧洲杯打进的第6球（本届欧洲杯打进3球和上届欧洲杯也打进3球），这样一来莫拉塔以6球超越托雷斯，成为西班牙队史上欧洲杯最佳射手。此外，这粒进球是莫拉塔为西班牙国家队斩获的第22球，莫拉塔以22球跻身西班牙队史射手榜第10位。
第82分钟，西班牙获得右侧角球机会，角球开到禁区布斯克茨头球攻门偏出。常规时间90分钟内双方1-1战平，比赛进入到加时赛。第98分钟，西班牙获得前场左路任意球机会，任意球开到禁区被多纳鲁马扑出，莫拉塔补射被基耶利尼在门前解围。第110分钟，基耶利尼在后场送出长传到禁区贝拉尔迪完成破门，但裁判示意贝拉尔迪越位在先进球无效。
加时赛30分钟双方难以分出胜负，比赛进入到最终的点球大战。双方首轮互射点球都没能罚进，洛卡特利被扑出，奥尔莫罚失。第4轮，贝尔纳代斯基罚进，而西班牙这边莫拉塔则是罚丢，最后一轮若日尼奥罚进，最终意大利在点球大战4-2淘汰西班牙，成为本届欧洲杯首支晋级决赛的球队。