Etap nokautu W fazie pucharowej uczestniczyło 16 drużyn, które zakwalifikowały się z fazy grupowej turnieju. Mecze odbywały się w czterech rundach, w każdej z nich eliminowano połowę drużyn wchodzących do danej rundy. Kolejnymi rundami były: runda 16, ćwierćfinały, półfinały, finał. Odbywały się również play-offy, które decydowały o zajęciu trzeciego/czwartego miejsca. W każdym meczu w fazie pucharowej, po każdym remisie w 90 minucie, następowała 30 minutowa dogrywka; jeśli wyniki były nadal wyrównane, strzelano rzuty karne (przynajmniej po pięć rzutów karnych, a w razie potrzeby więcej), aby wyłonić drużynę, która przejdzie do następnej rundy. Wyniki po dogrywce oznaczane są (aet), a rzuty karne oznaczane są (p).
| Runda 16 | | Ćwierćfinały | | Półfinały | | Finał |
| | | | | | | | | | | | | | |
| 24 czerwca - Turyn | | | | | | | | | |
|
| .svg.png) Brazylia | 0 |
| 30 czerwca - Florencja |
|  Argentyna | 1 | |
| Argentyna (p) | 0 (3) |
| 26 czerwca - Werona |
| | .svg.png) Jugosławia | 0 (2) | |
|  Hiszpania | 1 |
| | 3 lipca - Neapol |
| Jugosławia (aet) | 2 | |
| Argentyna (p) | 1 (4) |
| 25 czerwca - Genua |
| |  Włochy | 1 (3) | |
|  Irlandia (p) | 0 (5) |
| 30 czerwca - Rzym | |
|  Rumunia | 0 (4) | |
| Irlandia | 0 |
| 25 czerwca - Rzym |
| | Włochy | 1 | |
| Włochy | 2 |
| | 8 lipca - Rzym |
|  Urugwaj | 0 | |
| Argentyna | 0 |
| 23 czerwca - Bari |
| |  Niemcy Zachodnie | 1 |
|  Czechosłowacja | 4 |
| 1 lipca - Mediolan | |
|  Kostaryka | 1 | |
| Czechosłowacja | 0 |
| 24 czerwca - Mediolan |
| | Niemcy Zachodnie | 1 | |
| Niemcy Zachodnie | 2 |
| | 4 lipca - Turyn |
|  Niderlandy | 1 | |
| Niemcy Zachodnie (p) | 1 (4) |
| 23 czerwca - Neapol |
| |  Anglia | 1 (3) | | Trzecie miejsce |
|  Kamerun (aet) | 2 |
| 1 lipca - Neapol | | 7 lipca - Bari |
|  Kolumbia | 1 | |
| Kamerun | 2 | Włochy | 2 |
| 26 czerwca - Bolonia |
| | Anglia (aet) | 3 | | Anglia | 1 |
| Anglia (aet) | 1 |
| | |
| .svg(1).png) Belgia | 0 | |
|
Runda 16
W dwóch z tych meczów - Argentyna vs Brazylia i Włochy vs Urugwaj - zmierzyły się ze sobą byłe kraje mistrzowskie, a Niemcy Zachodnie spotkały się z Holandią w rewanżu za finał Pucharu Świata z 1974 roku.
Mecz w Ameryce Południowej został wygrany przez Argentynę dzięki bramce Claudio Caniggia na 10 minut przed końcem, po biegu przez brazylijską obronę Diego Maradony i znakomitym występie ich bramkarza Sergio Goycochea. Później wyszło na jaw, że Branco otrzymał od Maradony i Ricardo Giusti w połowie meczu wodę z dodatkiem środków uspokajających, aby spowolnić go w drugiej połowie. Początkowo zdyskredytowany przez prasę, Branco publicznie przyznał się do swoich racji wiele lat później, kiedy Maradona przyznał się do tego epizodu w argentyńskim programie telewizyjnym. Jeśli chodzi o Włochy, to w drugiej połowie gospodarze pokonali Urugwaj 2-0, dzięki bramce Schillaciego i Aldo Sereny.
Mecz pomiędzy Niemcami Zachodnimi a Holandią odbył się w Mediolanie, a po obu stronach wystąpiło kilku znamienitych zawodników z dwóch mediolańskich klubów (Niemcy Andreas Brehme, Lothar Matthäus i Jürgen Klinsmann dla Internazionale oraz Holendrzy Marco van Basten, Ruud Gullit i Frank Rijkaard dla Milanu). Po 22 minutach Rudi Völler i Rijkaard zostali zdymisjonowani po tym, jak w wyniku kilku incydentów (w tym oplucia Völlera przez Rijkaarda) między zawodnikami argentyński sędzia nie miał innego wyjścia, jak odesłać ich obu na boisko. Gdy zawodnicy schodzili razem z boiska, Rijkaard po raz drugi opluł Völlera. Na początku drugiej połowy Jürgen Klinsmann dał prowadzenie Niemcom Zachodnim, a Andreas Brehme dołożył drugie trafienie na osiem minut przed końcem spotkania. Ronald Koeman w 89. minucie zmniejszył wynik na 2-1, ale Niemcy dokończyli mecz, by wziąć rewanż za porażkę z Holendrami w poprzednich Mistrzostwach Europy.
W międzyczasie, bohaterowie Kamerunu i Roger Milla kontynuowali swoją heroiczną postawę w meczu z Kolumbią. Milla został wprowadzony na boisko jako zmiennik w drugiej połowie przy bezbramkowym remisie, a ostatecznie doprowadził do remisu w połowie dogrywki. Trzy minuty później zdobył drugą bramkę, po tym jak kolumbijski bramkarz, René Higuita, został wypchnięty przez Millę z bramki, dzięki czemu napastnik mógł swobodnie wpakować piłkę do pustej siatki. Mimo że deficyt został wkrótce zredukowany do 2-1, Kamerun utrzymał się w grze i został pierwszą afrykańską drużyną w historii, która dotarła do ćwierćfinału Mistrzostw Świata. Kostaryka została komfortowo pokonana 4-1 przez Czechosłowację, dla której Tomáš Skuhravý zdobył drugiego i ostatniego hat-tricka w turnieju.
W meczu Republiki Irlandii z Rumunią po dogrywce było bezbramkowo, a Irlandczycy wygrali 5-4 w rzutach karnych. David O'Leary wykorzystał rzut karny, który zapewnił Irlandii miejsce w ćwierćfinale. Tym samym Irlandia stała się pierwszą drużyną od czasów Szwecji w 1938 roku, która dotarła do ostatniej ósemki turnieju finałowego Pucharu Świata, nie wygrywając żadnego meczu. Jugosławia pokonała Hiszpanię 2-1 po dogrywce, a obie bramki strzelił Dragan Stojković. W ostatnim meczu kwalifikacyjnym Anglia zmierzyła się z Belgią, a wyrównujący gol pomocnika Davida Platta przełamał impas, gdy gra toczyła się o rzut karny.
| 23 czerwca 1997 roku17
:00 | Kamerun | 2-1
(a.e.t. ) | Kolumbia | StadioSan Paolo, Neapol |
| Milla 106 ', 109' | | Redín 115". |
| 23 czerwca 1990 r.21
:00 | Czechosłowacja | 4-1 | Kostaryka | Stadio San Nicola, Bari |
| Skuhravý 12', 63', 82'
Kubík 75' | | González 54' |
| 24 czerwca 1997 roku17
:00 | Brazylia | 0-1 | Argentyna | Stadio delle Alpi, Turyn |
| | Caniggia 80' |
| 25 czerwca 1997 roku17
:00 | Republika Irlandii | 0-0
(a.e.t. ) | Rumunia | Stadio Luigi Ferraris, Genua |
| | |
| | Kary | | |
| Sheedy 
Houghton
Townsend
Cascarino
O'Leary
| 5-4 | Hagi
Lupu
Rotariu
Lupescu
 Timofte | |
| 25 czerwca 1990 r.21:00 | Włochy | 2-0 | Urugwaj | Stadio Olimpico, Rzym |
| Schillaci 65'
Serena 83' | | |
| 26 czerwca 1997 roku17
:00 | Hiszpania | 1-2
(a.e.t. ) | Jugosławia | Stadio Marc'Antonio Bentegodi, Werona |
| Salinas 83' | | Stojković 78', 92' |
| 26 czerwca 1990 r.21
:00 | Anglia | 1-0
(a.e.t. ) | Belgia | Stadio Renato Dall'Ara, Bolonia |
| Platt 119". | | |
Ćwierćfinały
W pierwszym meczu ostatniej ósemki Argentyna i Jugosławia, zredukowane do 10 osób po zaledwie pół godzinie gry, rozegrały bezbramkowy remis. Gospodarze dotarli do półfinału po wygraniu rzutu karnego 3-2, mimo że Maradona obronił swój rzut karny. Drugi brak Argentyny (Pedro Troglio) wydawał się eliminować ich z rozgrywek, dopóki bramkarz Sergio Goycochea - grający w pierwszym składzie, ponieważ Nery Pumpido złamał nogę w fazie grupowej - nie uratował swojej strony, zatrzymując dwa ostatnie rzuty Jugosłowian.
Republika Irlandii zakończyła swoją przygodę z mistrzostwami świata dzięki jednemu golowi Schillaciego w pierwszej połowie ćwierćfinału z gospodarzami - Włochami. Niemcy Zachodnie pokonały Czechosłowację dzięki bramce Lothara Matthäusa z 25. minuty.
Najbardziej intrygującym meczem ćwierćfinałów było spotkanie pomiędzy Anglią a Kamerunem. Poza wszystkim innym, był to jedyny ćwierćfinał, w którym padła więcej niż jedna bramka. Pomimo heroicznej postawy Kamerunu we wcześniejszej fazie turnieju, David Platt dał Anglii prowadzenie w 25. minucie. W połowie meczu na boisko wszedł Milla. W drugiej połowie gra zmieniła się w ciągu pięciu minut: najpierw Kamerun otrzymał rzut karny, z którego Emmanuel Kunde zdobył wyrównującą bramkę, a następnie w 65. minucie Eugene Ekeke dał Kamerunowi prowadzenie. Kamerun był o osiem minut od awansu do półfinału, po czym przyznał karnego, którego wykorzystał Gary Lineker. W połowie dogrywki Anglia otrzymała kolejny rzut karny, a Lineker ponownie strzelił z miejsca. Anglia awansowała do półfinału po raz pierwszy od 24 lat.
| 30 czerwca 1997 roku17
:00 | Argentyna | 0-0
(a.e.t. ) | Jugosławia | Stadio Comunale, Florencja |
| | |
| | Kary | | |
| Serrizuela
Burruchaga
Maradona
Troglio
Dezotti | 3-2 | Stojković
Prosinečki
Savićević
Brnović
Hadžibegić | |
| 30 czerwca 1990 r.21
:00 | Republika Irlandii | 0-1 | Włochy | StadioOlimpico, Rzym |
| | Schillaci 38' |
| 1 lipca 199017
:00 | Czechosłowacja | 0-1 | Niemcy Zachodnie | San Siro, Mediolan |
| | Matthäus 25' (karny ) |
| 1 lipca 1990 r.21
:00 | Kamerun | 2-3
(a.e.t. ) | Anglia | Stadio San Paolo, Neapol |
| Kundé
61' (karny )
Ekéké 65' | | Platt 25'
Lineker 83' (karny ), 105' (karny ) |
Półfinały
W pierwszym półfinale gospodarze, Włochy, zmierzyli się w Neapolu z mistrzem świata, Argentyną. Toto" Schillaci po raz kolejny zdobył bramkę, dając Włochom prowadzenie w 17. minucie, ale Claudio Cannigia wyrównał w połowie drugiej połowy, przerywając tym samym passę Waltera Zengi, który zachował czyste konto podczas całego turnieju. Nie było więcej bramek w ciągu 90 minut ani w dogrywce, mimo że Maradona (grający wówczas dla Napoli w Serie A) pokazał przebłyski magii, ale było za to odesłanie: Ricardo Giusti z Argentyny został pokazany czerwoną kartkę w 13 minucie dogrywki. Argentyna zwyciężyła w rzutach karnych, wygrywając 4-3 po heroicznej postawie Goycochei.
W półfinale pomiędzy Niemcami Zachodnimi a Anglią na stadionie Juventusu w Turynie do połowy meczu nie było bramek. W 60. minucie strzał Andreasa Brehme został odbity przez Paula Parkera i trafił do własnej siatki. Anglia wyrównała po 10 minutach, strzelcem był Gary Lineker. Mecz zakończył się wynikiem 1-1. Dogrywka przyniosła więcej szans, a Klinsmann był winny dwóch rażących niecelnych strzałów, podczas gdy obie strony trafiły w słupek. Kolejna bramka Platta nie została uznana za spaloną. Mecz zakończył się rzutami karnymi, w których Niemcy Zachodnie wygrały 4-3.
| 3 lipca 1990 r.20
:00 | Argentyna | 1-1
(a.e.t. ) | Włochy | Stadio San Paolo, Neapol |
| Caniggia 67' | | Schillaci 17' |
| | Kary | | |
| Serrizuela
Burruchaga
Olarticoechea
Maradona
| 4-3 | Baresi
Baggio
De Agostini
Donadoni
Serena | |
| 4 lipca 1990 r.20
:00 | Niemcy Zachodnie | 1-1
(a.e.t. ) | Anglia | Stadio delle Alpi, Turyn |
| Brehme 60' | | Lineker 80' |
| | Kary | | |
| Brehme
Matthäus
Riedle
Thon | 4-3 | Lineker
Beardsley
Platt
Pearce
Waddle | |
Mecz o trzecie miejsce
W ciągu 15 minut meczu padły trzy bramki. Roberto Baggio otworzył wynik spotkania po rzadkim błędzie bramkarza Anglii Petera Shiltona, który w swoim ostatnim meczu przed międzynarodową emeryturą stworzył prostą okazję. 10 minut później David Platt głową wyrównał stan meczu, ale pięć minut później Schillaci był faulowany w polu karnym, co doprowadziło do rzutu karnego. Schillaci sam podniósł się i wykonał rzut karny, dzięki czemu zdobył Złotą Piłkę za swoje sześć goli. Nicola Berti został wykluczony z gry kilka minut później, ale gospodarze zajęli trzecie miejsce. Anglia otrzymała nagrodę pocieszenia w postaci nagrody Fair Play za brak czerwonych kartek i najniższą średnią liczbę żółtych na mecz.
| 7 lipca 1990 r.20
:00 | Włochy | 2-1 | Anglia | Stadio San Nicola, Bari |
| Baggio 71'
Schillaci 86' (karny ) | | Platt 81' |
Finał
Finał pomiędzy Niemcami Zachodnimi a Argentyną został uznany za najbardziej cyniczny i o najniższej jakości spośród wszystkich finałów Mistrzostw Świata. W 65. minucie Argentyńczyk Pedro Monzon został ukarany za faul na Jürgenie Klinsmannie, był to pierwszy zawodnik w historii, który został ukarany w finale mistrzostw świata.
Argentyna, osłabiona zawieszeniem i kontuzjami, nie stanowiła większego zagrożenia w ataku w całym spotkaniu, zdominowanym przez Niemców Zachodnich, którzy nie potrafili stworzyć wielu klarownych okazji do zdobycia bramki. Jedyna bramka meczu padła w 85. minucie, kiedy meksykański sędzia Edgardo Codesal przyznał rzut karny Niemcom Zachodnim, po faulu Roberto Sensiniego na Rudim Völlerze. Andreas Brehme, który później stwierdził, że nie było żadnego faulu, wykorzystał rzut karny i rozstrzygnął losy spotkania. W ostatnich chwilach Argentyna została zredukowana do dziewięciu zawodników po tym, jak Gustavo Dezotti otrzymał drugą żółtą kartkę w meczu, gdy podczas przerwy w grze powalił na ziemię Jürgena Kohlera. Wynik 1-0 był kolejnym pierwszym: Argentyna była pierwszą drużyną, która nie zdobyła bramki w finale Pucharu Świata.
Dzięki trzeciemu tytułowi (i trzem drugim miejscom) Niemcy Zachodnie - w swoim ostatnim turnieju przed zjednoczeniem kraju - stały się najbardziej utytułowanym krajem w historii Pucharu Świata. Menedżer reprezentacji Niemiec Zachodnich Franz Beckenbauer stał się jedynym człowiekiem, który był zarówno kapitanem (w 1974 roku), jak i menedżerem drużyny, która zdobyła Puchar Świata, a także drugim człowiekiem (po Mário Zagallo z Brazylii), który zdobył Puchar Świata jako zawodnik i jako menedżer drużyny. Był to również pierwszy raz, kiedy drużyna z UEFA wygrała w finale z drużyną spoza Europy.
.svg.png){kind=small}
.svg.png){kind=small}
.svg.png){kind=small}
