Fase a eliminazione diretta La fase a eliminazione diretta ha coinvolto le 16 squadre che si sono qualificate dalla fase a gironi del torneo. Ci sono stati quattro turni di partite, con ogni turno che eliminava la metà delle squadre che entravano in quel turno. I turni successivi erano: ottavi di finale, quarti di finale, semifinali, finale. C'era anche uno spareggio per decidere il terzo/quarto posto. Per ogni partita della fase a eliminazione diretta, un eventuale pareggio al 90° minuto era seguito da 30 minuti di tempi supplementari; se i punteggi erano ancora pari, ci sarebbero stati i rigori (almeno cinque rigori ciascuno, e più se necessario) per determinare chi sarebbe passato al turno successivo. I punteggi dopo i tempi supplementari sono indicati con (aet), e i rigori sono indicati con (p).
| Fase finale degli ottavi di finale | | Quarti di finale | | Semifinali | | Finale |
| | | | | | | | | | | | | | |
| 24 giugno - Torino | | | | | | | | | |
|
| .svg.png) Brasile | 0 |
| 30 giugno - Firenze |
|  Argentina | 1 | |
| Argentina (p) | 0 (3) |
| 26 giugno - Verona |
| | .svg.png) Jugoslavia | 0 (2) | |
|  Spagna | 1 |
| | 3 luglio - Napoli |
| Jugoslavia (aet) | 2 | |
| Argentina (p) | 1 (4) |
| 25 giugno - Genova |
| |  Italia | 1 (3) | |
|  Irlanda (p) | 0 (5) |
| 30 giugno - Roma | |
|  Romania | 0 (4) | |
| Irlanda | 0 |
| 25 giugno - Roma |
| | Italia | 1 | |
| Italia | 2 |
| | 8 luglio - Roma |
|  Uruguay | 0 | |
| Argentina | 0 |
| 23 giugno - Bari |
| |  Germania Ovest | 1 |
|  Cecoslovacchia | 4 |
| 1 luglio - Milano | |
|  Costa Rica | 1 | |
| Cecoslovacchia | 0 |
| 24 giugno - Milano |
| | Germania Ovest | 1 | |
| Germania Ovest | 2 |
| | 4 luglio - Torino |
|  Paesi Bassi | 1 | |
| Germania Ovest (p) | 1 (4) |
| 23 giugno - Napoli |
| |  Inghilterra | 1 (3) | | Terzo posto |
|  Camerun (aet) | 2 |
| 1 luglio - Napoli | | 7 luglio - Bari |
|  Colombia | 1 | |
| Camerun | 2 | Italia | 2 |
| 26 giugno - Bologna |
| | Inghilterra (aet) | 3 | | Inghilterra | 1 |
| Inghilterra (aet) | 1 |
| | |
| .svg(1).png) Belgio | 0 | |
|
Fase finale degli ottavi di finale
Due delle partite - Argentina contro Brasile e Italia contro Uruguay - hanno messo gli ex paesi campioni uno contro l'altro, e la Germania Ovest ha incontrato i Paesi Bassi in una rivincita della finale della Coppa del Mondo del 1974.
La partita tutta sudamericana fu vinta dall'Argentina con un gol di Claudio Caniggia a 10 minuti dalla fine, dopo una corsa attraverso la difesa brasiliana di Diego Maradona e una prestazione eccezionale del loro portiere Sergio Goycochea. Più tardi si scoprì che a Branco era stata offerta dell'acqua addizionata di tranquillanti da Maradona e Ricardo Giusti durante l'intervallo, per rallentarlo nel secondo tempo. Inizialmente screditato dalla stampa, Branco avrebbe avuto pubblicamente ragione anni dopo, quando Maradona confessò l'episodio in una trasmissione televisiva in Argentina. Per quanto riguarda l'Italia, un forte secondo tempo ha visto i padroni di casa battere l'Uruguay per 2-0, grazie a un altro gol di Schillaci e uno di Aldo Serena.
La partita tra la Germania Ovest e l'Olanda si tenne a Milano, ed entrambe le parti presentavano diversi giocatori notevoli dei due club milanesi (i tedeschi Andreas Brehme, Lothar Matthäus e Jürgen Klinsmann per l'Internazionale, e gli olandesi Marco van Basten, Ruud Gullit e Frank Rijkaard per il Milan). Dopo 22 minuti RudiVöller e Rijkaard furono entrambi espulsi dopo che una serie di incidenti (incluso Rijkaard che sputava su Völler) tra i due giocatori lasciarono l'arbitro argentino senza altra scelta che mandarli fuori. Mentre i giocatori uscivano dal campo insieme, Rijkaard sputò su Völler una seconda volta. All'inizio del secondo tempo, Jürgen Klinsmann ha portato in vantaggio i tedeschi occidentali e Andreas Brehme ha aggiunto un secondo gol a otto minuti dalla fine. Un rigore di Ronald Koeman per l'Olanda all'89' ha ridotto il punteggio a 2-1, ma i tedeschi hanno visto la partita per vendicarsi dell'uscita contro gli olandesi nel precedente campionato europeo.
Nel frattempo, l'eroismo del Camerun e di Roger Milla è continuato nella loro partita con la Colombia. Milla è stato introdotto come sostituto nel secondo tempo con il gioco senza reti, alla fine ha rotto l'impasse a metà dei tempi supplementari. Tre minuti più tardi ha segnato un secondo gol dopo che il portiere colombiano, René Higuita è stato espropriato da Milla mentre era ben fuori dalla sua porta, lasciando l'attaccante libero di infilare la palla nella rete vuota. Anche se il deficit è stato presto ridotto a 2-1, il Camerun ha tenuto duro per diventare la prima squadra africana a raggiungere i quarti di finale della Coppa del Mondo. La Costa Rica fu comodamente battuta per 4-1 dalla Cecoslovacchia, per la quale Tomáš Skuhravý segnò la seconda e ultima tripletta del torneo.
La partita della Repubblica d'Irlanda con la Romania è rimasta senza reti dopo i tempi supplementari, e la squadra irlandese ha vinto 5-4 ai rigori. David O'Leary ha trasformato il rigore che ha permesso all'Irlanda di raggiungere i quarti di finale. L'Irlanda divenne così la prima squadra dalla Svezia nel 1938 a raggiungere gli ultimi otto in un torneo di Coppa del Mondo senza vincere una partita. La Jugoslavia batte la Spagna per 2-1 dopo i tempi supplementari, con Dragan Stojković che segna entrambi i gol degli jugoslavi. L'Inghilterra è stata l'ultima qualificata contro il Belgio, quando un tiro al volo del centrocampista David Platt ha rotto la situazione di stallo a pochi istanti dai rigori.
| 23 giugno 199017
:00 | Camerun | 2-1
(a.e.t. ) | Colombia | Stadio San Paolo, Napoli |
| Milla 106 ', 109' | | Redín 115' |
| 23 giugno 199021
:00 | Cecoslovacchia | 4-1 | Costa Rica | Stadio San Nicola, Bari |
| Skuhravý 12', 63', 82'
Kubík 75' | | González 54' |
| 24 giugno 199017
:00 | Brasile | 0-1 | Argentina | Stadio delle Alpi, Torino |
| | Caniggia 80' |
| 24 giugno 199021
:00 | Germania Ovest | 2-1 | Paesi Bassi | San Siro, Milano |
| Klinsmann 51'
Brehme 82' | | R. Koeman 89' (pen. ) |
| 25 giugno 199017
:00 | Repubblica d'Irlanda | 0-0
(a.e.t. ) | Romania | Stadio Luigi Ferraris, Genova |
| | |
| | Sanzioni | | |
| Sheedy 
Houghton
Townsend
Cascarino
O'Leary
| 5-4 | Hagi
Lupu
Rotariu
Lupescu
 Timofte | |
| 25 giugno 199021:00 | Italia | 2-0 | Uruguay | Stadio Olimpico, Roma |
| Schillaci 65'
Serena 83' | | |
| 26 giugno 199017
:00 | Spagna | 1-2
(a.e.t. ) | Jugoslavia | Stadio Marc'Antonio Bentegodi, Verona |
| Salinas 83' | | Stojković 78', 92' |
| 26 giugno 199021
:00 | Inghilterra | 1-0
(a.e.t. ) | Belgio | Stadio Renato Dall'Ara, Bologna |
| Platt 119' | | |
Quarti di finale
La prima partita degli ultimi 8 ha visto l'Argentina e una squadra jugoslava, ridotta in 10 uomini dopo solo mezz'ora, giocare una situazione di stallo senza reti. I detentori hanno raggiunto le semifinali dopo aver vinto i rigori per 3-2, nonostante Maradona si sia fatto parare il rigore. Un secondo errore argentino (di Pedro Troglio) sembrava averli eliminati fino a quando il portiere Sergio Goycochea - che giocava perché la prima scelta Nery Pumpido si era rotto una gamba durante la fase a gironi - ha salvato la sua squadra fermando gli ultimi due calci di rigore degli jugoslavi.
La corsa della Repubblica d'Irlanda alla Coppa del Mondo è stata interrotta da un solo gol di Schillaci nel primo tempo del loro quarto di finale con i padroni di casa dell'Italia. La Germania Ovest ha battuto la Cecoslovacchia con un rigore di Lothar Matthäus al 25° minuto.
La partita più intrigante dei quarti di finale è stata quella tra Inghilterra e Camerun. A parte tutto, è stato l'unico quarto di finale a produrre più di un gol. Nonostante l'eroismo del Camerun all'inizio del torneo, David Platt ha portato l'Inghilterra in vantaggio al 25° minuto. All'intervallo, Milla è stato inserito. Nel secondo tempo, la partita è stata capovolta in cinque minuti: prima al Camerun è stato concesso un rigore da cui Emmanuel Kunde ha segnato il pari; poi al 65° minuto Eugene Ekeke ha portato il Camerun in vantaggio. Il Camerun è arrivato a otto minuti dal raggiungere le semifinali prima di concedere un rigore, che Gary Lineker ha convertito. A metà dei tempi supplementari, all'Inghilterra fu concesso un altro rigore e Lineker segnò di nuovo dal dischetto. L'Inghilterra ha raggiunto le semifinali per la prima volta in 24 anni.
| 30 giugno 199017
:00 | Argentina | 0-0
(a.e.t. ) | Jugoslavia | Stadio Comunale, Firenze |
| | |
| | Sanzioni | | |
| Serrizuela
Burruchaga
Maradona
Troglio
Dezotti | 3-2 | Stojković
Prosinečki
Savićević
Brnović
Hadžibegić | |
| 30 giugno 199021
:00 | Repubblica d'Irlanda | 0-1 | Italia | Stadio Olimpico, Roma |
| | Schillaci 38' |
| 1 luglio 199017
:00 | Cecoslovacchia | 0-1 | Germania Ovest | San Siro, Milano |
| | Matthäus 25' (pen. ) |
| 1 luglio 199021
:00 | Camerun | 2-3
(a.e.t. ) | Inghilterra | Stadio San Paolo, Napoli |
| Kundé
61' (pen. )
Ekéké 65' | | Platt 25'
Lineker 83' (pen. ), 105' (pen. ) |
Semifinali
La prima semifinale ha visto la nazione ospitante, l'Italia, e il campione del mondo, l'Argentina a Napoli. Toto Schillaci segnò ancora una volta per portare l'Italia in vantaggio al 17° minuto, ma Claudio Cannigia pareggiò a metà del secondo tempo, interrompendo la striscia di fogli puliti di Walter Zenga per tutto il torneo. Non ci furono più gol nei 90 minuti o nei tempi supplementari, nonostante Maradona (che all'epoca giocava per il Napoli in Serie A) abbia mostrato scorci di magia, ma ci fu un'espulsione: Ricardo Giusti dell'Argentina ricevette il cartellino rosso al 13° minuto dei tempi supplementari. L'Argentina passò ai rigori, vincendo il shoot-out 4-3 dopo più eroismo da Goycochea.
La semifinale tra la Germania Ovest e l'Inghilterra nello stadio di casa della Juventus a Torino era in parità all'intervallo. Poi, al 60° minuto, un tiro di Andreas Brehme fu deviato da Paul Parker nella propria rete. L'Inghilterra ha pareggiato a 10 minuti dalla fine, Gary Lineker è stato il marcatore. La partita finì 1-1. I tempi supplementari diedero più occasioni e Klinsmann fu colpevole di due clamorose mancanze mentre entrambe le parti colpirono un palo. All'Inghilterra fu annullato un altro gol di Platt per fuorigioco. La partita andò ai rigori e la Germania Ovest vinse per 4-3.
| 3 luglio 199020
:00 | Argentina | 1-1
(a.e.t. ) | Italia | Stadio San Paolo, Napoli |
| Caniggia 67' | | Schillaci 17' |
| | Sanzioni | | |
| Serrizuela
Burruchaga
Olarticoechea
Maradona
| 4-3 | Baresi
Baggio
De Agostini
Donadoni
Serena | |
| 4 luglio 199020
:00 | Germania Ovest | 1-1
(a.e.t. ) | Inghilterra | Stadio delle Alpi, Torino |
| Brehme 60' | | Lineker 80' |
| | Sanzioni | | |
| Brehme
Matthäus
Riedle
Thon | 4-3 | Lineker
Beardsley
Platt
Pearce
Waddle | |
Terzo posto
La partita ha visto tre gol in 15 minuti. Roberto Baggio ha aperto le marcature dopo che un raro errore del portiere inglese Peter Shilton, nella sua ultima partita prima del ritiro internazionale, ha presentato una semplice opportunità. Un colpo di testa di David Platt ha livellato il gioco 10 minuti più tardi, ma Schillaci ha subito un fallo in area di rigore cinque minuti dopo, portando a un rigore. Schillaci stesso si è alzato per convertire il calcio per vincere il Golden Boot del torneo per i suoi sei gol. Nicola Berti ha avuto un gol annullato pochi minuti dopo, ma i padroni di casa hanno rivendicato il terzo posto. L'Inghilterra ha avuto il premio di consolazione del Fair Play, non avendo ricevuto cartellini rossi e il minor numero di gialli per partita.
| 7 luglio 199020
:00 | Italia | 2-1 | Inghilterra | Stadio San Nicola, Bari |
| Baggio 71'
Schillaci 86' (pen. ) | | Platt 81' |
Finale
La finale tra Germania Ovest e Argentina è stata citata come la più cinica e di bassa qualità di tutte le finali della Coppa del Mondo. Al 65° minuto, Pedro Monzon dell'Argentina fu espulso per un fallo su Jürgen Klinsmann, il primo giocatore ad essere espulso in una finale di Coppa del Mondo.
L'Argentina, indebolita da sospensioni e infortuni, ha offerto poca minaccia d'attacco in un concorso dominato dai tedeschi occidentali, che hanno lottato per creare molte chiare opportunità di gol. L'unico gol del concorso è arrivato all'85' quando l'arbitro messicano Edgardo Codesal ha assegnato un rigore alla Germania Ovest, dopo un fallo di Roberto Sensini su Rudi Völler. Andreas Brehme, che più tardi ha detto che non c'era fallo, ha convertito il calcio di rigore per risolvere la gara. Nei momenti finali, l'Argentina è stata ridotta in nove dopo che Gustavo Dezotti ha ricevuto il secondo cartellino giallo della partita quando ha trascinato a terra Jürgen Kohler durante una pausa di gioco. Il punteggio di 1-0 ha fornito un'altra prima volta: L'Argentina è stata la prima squadra a non segnare in una finale di Coppa del Mondo.
Con il suo terzo titolo (e tre secondi posti) la Germania Ovest - nel suo ultimo torneo prima della riunificazione nazionale - divenne la nazione di maggior successo nella Coppa del Mondo dell'epoca. Il manager della Germania Ovest Franz Beckenbauer divenne l'unico uomo a capitanare (nel 1974) e a dirigere una squadra vincitrice della Coppa del Mondo, e solo il secondo uomo (dopo Mário Zagallo del Brasile) a vincere la Coppa del Mondo come giocatore e come team manager. Fu anche la prima volta che una squadra della UEFA vinse la finale contro una squadra non europea.
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