Fue internacional absoluto con la selección española de 2009 a 2018, totalizando 102 partidos y 5 goles, proclamándose campeón del mundo en 2010 y campeón de Europa en 2012. Debutó como titular el 11 de febrero de 2009, en un partido amistoso ante Inglaterra en el Ramón Sánchez Pizjuán de Sevilla. En su segundo partido como internacional, disputado el 28 de marzo de 2009, hizo su debut en partido de competición oficial, en el encuentro de fase de clasificación para el Mundial 2010 ante Turquía disputado en el Estadio Santiago Bernabéu, anotando el gol de la victoria por 1-0 y sumando su primer tanto con la camiseta nacional. El 2 de mayo de 2009 anotó el sexto gol en la goleada histórica por 2-6 que el F. C. Barcelona consiguió frente al Real Madrid en el Estadio Santiago Bernabéu. Desde 1947 el estadio del Real Madrid es el Estadio Santiago Bernabéu, siendo hasta 1955 denominado como Nuevo Estadio de Chamartín para diferenciarlo del antiguo Estadio de Chamartín. Tres meses después de aquel episodio, hicieron las pases y la reconciliación llegó: la foto de ambos con la leipzig camiseta como obsequio para el experto en YouTube dejó a la vista que sus diferencias personales quedaron en el pasado.
El tropiezo, si bien fue uno de los puntos clave en el devenir del campeonato, al ser el principal rival madridista, no impidió que las blancas finalizaran como campeonas de liga, dos puntos por encima de las torresanas. En la disciplina baloncestística se incorporaron Mirza Delibašić, Steve Malovic y un jovencísimo pívot Fernando Martín, considerado como el mejor jugador español de la época y primer español y segundo europeo en disputar la National Basketball Association (NBA). En la previa, se intuía un fácil triunfo chileno; sin embargo, cuando Teófilo Aguilar abrió el marcador para Bolivia en el minuto 10 del partido fue una sorpresa, peor aún cuando poco después la estrella boliviana Mario Alborta anotaba el segundo que fue anulado por el árbitro por fuera de juego. A través de la revista Cosmopolitan México del mes de septiembre de 2014, Shakira confirmó su segundo embarazo junto a Piqué, dando a luz a su segundo hijo, Sasha, el 29 de enero de 2015, también en Barcelona. En septiembre de 2012 Shakira confirmó que estaban esperando a su primogénito, dando a luz a Milan el 22 de enero de 2013 en Barcelona, España. El 22 de septiembre de 2010 Gerard Piqué alcanzó frente al Sporting de Gijón su partido oficial n.º 100 con el F. C. Barcelona.
En la temporada 2014-15 ganó la triple corona al conquistar la Liga BBVA tras vencer 1-0 al Atlético de Madrid en el Vicente Calderón; la Copa del Rey frente al Athletic Club por 3-1 en el Camp Nou y la Liga de Campeones de la UEFA 2014-15 frente a la Juventus por 3-1, convirtiéndose en uno de los 8 jugadores que ha ganado el triplete en 2 ocasiones, junto a Xavi Hernández, Andrés Iniesta, Lionel Messi, Dani Alves, Pedro Rodríguez, Sergio Busquets y Samuel Eto'o. El 3 de noviembre de 2022, en un comunicado, anunció su retirada del fútbol y que el partido contra la U. D. Almería que debían jugar ese fin de semana iba a ser su último encuentro en el Camp Nou. Por otro lado, la recién creadas Antena 3 y Telecinco pasan a emitir un encuentro por jornada cada fin de semana. Al día siguiente siguió entrenando con sus compañeros para preparar el encuentro contra C. A. Osasuna, el último que debían disputar antes del Mundial de Catar y el que iba a ser el último de su carrera. Su participación en el torneo, le hizo ser incluido en el XI Mundial de la FIFA 2010 y consagrarse como uno de los mejores centrales del mundo.Poco después del campeonato mexicano y tras el éxito de la Copa del Rey, en febrero la Liga Española retransmitió gratuitamente en directo por Facebook todos los partidos del campeonato programados desde el viernes por la noche hasta el final de la temporada gracias a un acuerdo con Mediapro, la empresa que posee los derechos tanto de la liga Española como de la Copa del Rey. En la Copa del Rey, disputada en Málaga, el equipo se proclama campeón en una final frente al Real Madrid. El 13 de mayo de ese año fue titular en la final donde su equipo se proclamó campeón de la Copa del Rey, partido que venció por 1-4 al Athletic Club. El 3 de marzo forzó la prórroga en la vuelta de las semifinales de la Copa del Rey tras anotar en el tiempo de descuento el gol que igualaba una eliminatoria que se acabó llevando su equipo gracias a un tercer tanto obra de Martin Braithwaite.
