Fabio Grosso resterà per sempre colui il quale ha deciso la finale del Mondiale del 2006 contro la Francia con il suo ultimo calcio di rigore. L'ex terzino ora allenatore del Frosinone adesso è in spiaggia per rilassarsi dopo una lunga stagione con la compagine ciociara. 

Il 31 agosto 2009, con un accordo raggiunto nell'ultimo giorno della sessione di calciomercato, Grosso tornò in Italia trasferendosi alla Juventus, che versò al Lione circa due milioni di euroal giocatore fu assegnata la maglia n. 6 che fu, tra gli altri, di Gaetano Scirea. Debuttò con la Juventus il 12 settembre allo Stadio Olimpico di Roma contro la Lazio (0-2, mentre segnò il primo gol il 22 novembre contro l'Udinese, su cross di Martín Cáceres, marcatura peraltro decisiva per la vittoria della sua squadra (1-0). Altrettanto importante fu la rete realizzata il 6 marzo 2010 nella gara vinta 2-1 in trasferta contro la Fiorentina. Chiuse la prima stagione alla Juventus con 26 presenze e 2 gol in campionato, 2 presenze in Coppa Italia, 8 presenze nelle coppe europee (6 in Champions League e 2 in Europa League) per un totale di 36 presenze e 2 gol.

Non rientrando più nei piani della società, in seguito alla mancata cessione nel calciomercato estivo del 2010 Grosso fu messo fuori rosa. Tornò in gruppo nei primi giorni di settembre, debuttando come titolare non prima del 7 novembre 2010 contro il Cesena (3-1 per la Juventus) e ciò per effetto dei molti infortuni che colpirono la squadra e nonostante la contrarietà di qualche dirigente. Tornato una riserva e rimasto ai margini della rosa per due mesi, fu nuovamente utilizzato, da titolare, nella trasferta contro la Roma del 3 aprile 2011, in cui fu l'autore degli assist per i due gol con cui la sua squadra vinse. Chiuse la stagione con 19 presenze in campionato e 2 in Coppa Italia.

La stagione successiva fu relegato nuovamente ai margini della squadra in quanto non facente più parte dei piani tecnici di Antonio Conte. Nonostante ciò il 18 settembre 2011 giocò da titolare nella partita esterna contro il Siena terminata 0-1. Firmò la seconda presenza in questa stagione il 25 settembre contro il Catania, dopodiché non venne più preso in considerazione dal tecnico Antonio Conte. A fine anno vinse lo scudetto con una giornata d'anticipo; nonostante ciò fu l'unico della rosa juventina a non partecipare alla cerimonia di premiazione avvenuta allo Juventus Stadium il 13 maggio 2012. A fine stagione rimase svincolato, per poi ritirarsi dall'attività agonistica il 5 dicembre successivo.