De Europese verkiezingen van 2009, 2014 en 2019 stonden in het teken van de groeiende euroscepsis. Het pro-Europese D66 kwam daarbij vaak tegenover de PVV te staan, die in 2012 eiste dat Nederland uit de Europese Unie zou stappen.
Voor de Europese verkiezingen van 4 juni 2009 werd Sophie in’t Veld weer lijsttrekker. Voor een democratischer Europese Unie (EU) – al jarenlang een speerpunt van D66 – vond zij het ‘hoog tijd’. Tegen de achtergrond van de kredietcrisis waarschuwde D66 in haar verkiezingsprogramma Europa gaat om mensen voor de terugkeer van nationalisme, kortetermijndenken en protectionisme. Nederland moest ‘minder op de rem trappen binnen de EU'. Nationale veto’s dienden zoveel mogelijk te worden afgeschaft omdat ze ‘verlammend werken’.
D66 kreeg er bij de Europese verkiezingen twee zetels bij en kwam op drie uit; de PVV werd met bijna 17 procent van de stemmen de tweede partij achter het CDA. Partijleider Alexander Pechtold onderstreepte echter dat slechts acht van de 25 Nederlandse zetels naar het eurosceptische kamp waren gegaan: ‘dat is de grote winst voor Europa vandaag.’
Bij de Europese verkiezingen van 22 mei 2014 was In’t Veld weer lijsttrekker. In haar verkiezingsprogramma Sterk Nederland Sterk Europa sprak D66 zich uit voor een sterker en democratischer Europa; alleen zo zou de EU de ‘fundamentele problemen’ kunnen aanpakken. Eén van die problemen was migratie – hét Europese hoofdpijndossier van de daaropvolgende jaren. De publicatie Europa. Voorwaarde voor vrijheid van de Mr. Hans van Mierlo Stichting, het wetenschappelijk bureau van D66, werkte in hetzelfde jaar het concept ‘nationale identiteit’ uit, dat volgens de auteurs ‘een legitiem onderdeel vormt van een federaal Europa’. Identificatie met de nationale staat zou ‘de legitimiteit en het democratisch gehalte van dit Europa’ juist versterken.
De verkiezingscampagne in 2014 – die werd gedomineerd door één simpele vraag: bent u voor of tegen Europa? – draaide uit op een strijd tussen D66 en de PVV. D66 werd in stemmental voor het eerst de grootste partij bij de Europese verkiezingen. Dankzij een lijstverbinding met de ChristenUnie kreeg het CDA een vijfde zetel – en niet D66. De PVV verloor fors: ‘Nederland heeft overtuigend vóór Europa gekozen’, jubelde Pechtold.
Een tegenvaller voor D66 was de uitslag van het raadgevend referendum dat op 6 april 2016 werd gehouden over de Associatieovereenkomst tussen de EU en Oekraïne. Zo’n 61% van de opgekomen kiezers stemde tegen Nederlandse goedkeuring van het verdrag. D66 was uitgesproken voorstander van de samenwerking met Oekraïne, niet alleen om economische redenen maar ook om de stabiliteit in de regio te bevorderen. In december stemde de partij in met het akkoord over het Oekraïne-verdrag dat premier Mark Rutte met de Europese regeringsleiders was overeengekomen.
Ook tijdens de campagne voor de Europese verkiezingen van 23 mei 2019 klonk de euroscepsis door. In ’t Veld werd voor de vierde keer lijsttrekker. In het verkiezingsprogramma In Europa maken we de toekomst hield D66 vast aan haar pro-Europese koers. Er was ‘alle reden voor optimisme en vertrouwen’, omdat Europa had aangetoond bestand te zijn tegen zowel de financiële als migratiecrisis. De uitslag was voor D66 teleurstellend: zij verloor twee van haar vier zetels. In ’t Veld en de met voorkeursstemmen gekozen Samira Rafaela traden toe tot de liberale Renew Europe-fractie. Al voor de verkiezingen waren D66, de VVD, enkele andere liberale partijen en de door de Franse president Emmanuel Macron opgerichte Renaissance-beweging overeen gekomen in het nieuwe Europees Parlement een gezamenlijke fractie te vormen.
Al snel kwamen In ’t Veld en Rafaela met elkaar in conflict, waarna beiden niet meer met elkaar samenwerken. Op 16 juni 2023, een jaar voor de Europese verkiezingen, maakte In ’t Veld bekend dat ze haar lidmaatschap van D66 had opgezegd en lid was geworden van Volt. In een open brief aan de D66-leden schreef ze dat de Europa voor D66 niet meer zo belangrijk was als voorheen: de nationale politiek was voor de partij steeds meer centraal komen te staan. In’t Veld verliet ook de D66-delegatie in het Europees Parlement waartoe ze negentien had behoord, maar bleef wel als onafhankelijk lid deel uitmaken van liberale Renew Europe-fractie.
