Con l'arrivo di Antonio Conte come nuovo allenatore della Juventus, Barzagli è diventato parte integrante della linea difensiva della Juventus ed è stato uno dei giocatori più costanti del club, culminando con un richiamo alla nazionale. La Juventus ha concluso la stagione 2011-12 con la migliore difesa in Italia e in Europa, con solo 20 gol in 38 presenze. Barzagli ha segnato il suo primo gol per la Juventus il 13 maggio 2012, segnando un penalty contro l'Atalanta nell'ultima partita di campionato della stagione, in una vittoria casalinga 3-1. Ha aiutato la Juventus a vincere lo scudetto 2011-12 senza sconfiggere, e il 2012
Supercoppa Italiana; La Juventus ha anche raggiunto la finale della Coppa Italia in quella stagione. La sua stagione stellare gli ha fatto guadagnare un posto nella squadra dell'anno della Serie A. Alla fine della stagione, ha rinnovato il suo contratto con la Juventus fino al 2015.