A futballtörténelem második Európa-bajnokságára 30 válogatott jelentkezett, köztük a magyar csapat, akik remekül szerepeltek a selejtezőkön, amik már 1962-ben elkezdődtek. A magyar válogatott a legjobb 16 közé jutásért Wales ellen játszott november 7-én, a Nagy Októberi Szocialista Forradalom ünnepén. A válogatott 3-1-re győzött Tichy, Albert Flórián és Sándor Károly góljaival. A kétgólos előnnyel utaztak a cardiffi visszavágóra, amelyre 1963. március 20-án került sor. A meccs 1-1-es döntetlennel zárult, így Magyarország jutott a nyolcaddöntőbe.
A negyeddöntőért az NDK-val vívott párharcot a válogatott. Az első mérkőzésre Berlinben, október 19-én került sor. A találkozó díszvendége Jurij Gagarin és Valentyina Tyereskova voltak. Magyarország 2-1-re győzött Bene Ferenc és Rákosi Gyula góljaival. Az idegenbeli győzelem ellenére nehéz volt a visszavágó a Népstadionban. Baróti Lajos csapata háromszor is vezetett Bene Ferenc, Sándor Károly és Solymosi Ernő góljaival. Az NDK azonban háromszor is egyenlített, és majdnem kiharcolta a győzelmet. A 3-3-as döntetlen azt jelentette, hogy a magyar válogatott bejutott a legjobb nyolc közé. Ezzel Magyarország története 400. válogatott mérkőzésén továbbjutott.
Az 1964-es Európa-bajnokság negyeddöntőjében Franciaországgal kellett megküzdeni. Az első mérkőzésen Párizsban a magyar csapat remekelt, és 3-1-es győzelmet aratott Tichy Lajos két, valamint Albert Flórián egy góljával. Tichy harmadik gólja után széttárta karjait és sírva fakadt, ami azóta is egy emlegetett nagy pillanata a futball történelemnek. A visszavágót kétgólos előnnyel kezdte Magyarország, és a Népstadionban Sipos és Bene góljaival 2-1-re győztek, ezzel kvalifikálták magukat az Eb végjátékára.
Az elődöntőt Spanyolországban rendezték, ahol Magyarország a házigazdákkal találkozhatott. A rendkívül izgalmas mérkőzésen Bene Ferenc a hajrában egyenlített, de a hosszabbításban Amancio gólja döntötte el a találkozót a spanyolok javára.
Bár csalódottak voltak, a magyar válogatott nem adta fel, és három nappal később Dánia ellen megszerezte a bronzérmet. Nem kevés izgalom jutott a magyar szurkolóknak ezen a meccsen sem. Bene Ferenc vezető találatára Berthelsen válaszolt, így a rendes játékidő 1-1-es döntetlennel zárult. A hosszabbításban Novák Dezső lett a csapat ünnepelt hőse, aki előbb tizenegyesből, majd szabadrúgásból szerzett gólt, ezzel 3-1-re nyert Magyarország. Máig ez a magyar válogatott legjobb eredménye az európai tornán.