Nachdem Marchetti nie für eine italienische Jugendnationalmannschaft berücksichtigt wurde, debütierte er am 6. Juni 2009 unter Nationaltrainer Marcello Lippi im Freundschaftsspiel gegen Nordirland für die italienische Fußballnationalmannschaft. Er blieb beim 3:0-Sieg über die Nordiren ohne Gegentreffer. Im Jahr 2009 bestritt er noch zwei weitere Partien für Italien. Er stand auch im freundschaftlichen Länderspiel am 3. März 2010 gegen Kamerun zwischen den Pfosten und blieb erneut ohne Gegentreffer. Bei der Fußball-Weltmeisterschaft 2010 in Südafrika wurde er am 14. Juni 2010 zur Halbzeit des ersten Gruppenspieles der Italiener gegen Paraguay für den verletzten Stammtorhüter Gianluigi Buffon eingewechselt. Das Spiel endete 1:1, jedoch blieb Marchetti ohne Gegentor. Auch in den weiteren Gruppenspielen gegen Neuseeland und die Slowakei vertrat er Buffon, man schied allerdings in der Vorrunde aus. Nachdem Cesare Prandelli die Nachfolge Lippis nach der desaströsen WM antrat, wurde Marchetti nicht weiter berücksichtigt. Prandelli setzte für die Position der Ersatztorhüter hinter Gianluigi Buffon eher auf die jüngeren Sirigu und Viviano. Erst zum Freundschaftsspiel Italiens gegen die Niederlande im Februar 2013 wurde Marchetti aufgrund seiner guten Leistungen, die er, inzwischen bei Lazio Rom spielend zeigte, wieder nominiert. Er blieb allerdings ohne Einsatz.