Esta segunda fase estaba compuesta por cuatro grupos de tres equipos cada uno, donde el primero de cada uno pasaría a una tercera fase de eliminación directa que decidiría el título y que estaría compuesta por las semifinales y la final. Sin embargo, el Show del exjugador del Real Madrid, Sporting, Juventus y Manchester United se dio nuevamente en la cancha, pues con un doblete suyo más la anotación del atacante del PSG Gonçalo Ramos, la escuadra dirigida por Roberto Martínez obtuvo su boleto a la Eurocopa, sumándose a Francia, Bélgica y Alemania como los equipos ya clasificados a la gran justa europea. El seleccionador, tras la dimisión de Kubala, fue José Santamaría y, aún con las actuaciones anteriores, para esta edición las expectativas del equipo español eran consideradas muy buenas al jugar como local, especialmente por las razones de que en el anterior gran torneo celebrado en suelo español -la Eurocopa de 1964- el combinado salió campeón y porque, desde los orígenes mundialistas, las selecciones de los países organizadores siempre habían realizado un papel muy destacado. Una primera ronda conformada por seis grupos de cuatro selecciones cada uno, en donde los dos primeros de cada grupo se clasificarían a la siguiente fase.
En el tercer partido de la fase de grupos el 19 de junio, Suecia jugó contra Francia. Suecia por 1-0 gracias al gol de Asensi. En su primer partido, empató a un gol con Rumanía. Antes de la disputa del último partido, encabezaban la clasificación los neerlandeses con una diferencia respecto a España de 11 goles. En el siguiente partido, consiguió su primera victoria con un resultado de 2-1 sobre Yugoslavia. Días más tarde, repitió resultado -empate a uno- frente a Portugal. El tanto de Francesco Graziani servía para que Italia empatase a un gol frente a Checoslovaquia, y fuese necesaria la resolución desde el punto de penalti, ya oficializada desde los años 70 por parte de la FIFA como método de desempate. En su primer partido de la competición, España se vio afectada por los nervios del debut y, con un partido muy desordenado, solo pudo empatar a un gol frente a la débil Honduras. Los rumanos impresionaron, ya que no perdieron ningún partido y ganaron siete además de empatar 3 veces, incluida una gran sorpresa en Oporto después de derrotar a Portugal gracias a un gol de Dorinel Munteanu.
Esta postulación propuso oficialmente tres estadios en Uruguay (Estadio Centenario, Estadio Gran Parque Central y Estadio Campeón del Siglo), siete estadios en Argentina (Estadio Mâs Monumental, Estadio Presidente Perón, Estadio Ricardo Enrique Bochini, Estadio Mario Alberto Kempes, Estadio Ciudad de La Plata, Estadio Malvinas Argentinas y Estadio Único Madre de Ciudades), cinco estadios en Paraguay (el nuevo Estadio Conmebol, el Estadio General Pablo Rojas, el Estadio Defensores del Chaco, el Estadio Villa Alegre y el Estadio Antonio Aranda) y tres estadios en Chile (Estadio Nacional, Estadio Monumental y Estadio Ester Roa Rebolledo). Además, se enfrentaría a esos rivales en el Estadio Luis Casanova de Valencia. Así se llegó al 21 de diciembre de 1983, fecha del encuentro que se disputaría en el Estadio Benito Villamarín, en Sevilla, entre España y Malta. Todos los partidos de este grupo tendrían como escenario el Estadio Santiago Bernabéu -el escenario de la gran final- de Madrid. España se clasificó como primera de grupo. En esta segunda fase del torneo, España estuvo en el Grupo B junto con la selección occidental alemana y la selección inglesa.
Ya en la fase final del torneo mundialista, España estuvo integrada en el Grupo C con la selección brasileña, camiseta japon 2025 la selección austriaca y la selección sueca. España cayó eliminada en la primera fase al quedar tercera en el grupo con tres puntos. España avanzaba a la siguiente ronda de la fase de clasificación al quedar primera en el grupo. Merced a la fase de clasificación, España ganó un billete para la fase final de la Eurocopa de 1980 de Italia en el Grupo 3 de dicha ronda clasificatoria, en el que coincidió con Yugoslavia, Rumanía y Chipre. En el encuentro de vuelta, sería derrotada por 2-0 en Múnich, no pudiendo finalmente sacar el billete para la fase final del torneo. España fue incapaz de empatar el encuentro a pesar de que Irlanda del Norte jugaba con inferioridad numérica desde el minuto 61 debido a la expulsión de Donaghy. En el minuto 48, Gerry Armstrong logró el gol irlandés tras un fallo del guardameta Arconada. El equipo terminó en segundo lugar con cuatro victorias en ocho partidos, sin embargo, perdió ambos partidos contra Francia sin marcar ningún gol. A catorce minutos del final y con el empate a uno en el marcador, la estrella del equipo de Austria, Hans Krankl, marcó el gol que le daba los dos puntos a su selección.