Finalen mot Chile gikk til ekstraomganger etter 0-0 etter ordinær tid. Der scoret Chile på sine fire første, mens det kun var Messi som maktet å score for Argentina.
Dermed gikk Argentina på sitt tredje finaletap i løpet av de fire siste årene av turneringen. Chile, derimot, kunne endelig juble etter fire tidligere tapte finaler.
– Det er en drøm som går i oppfyllelse. Vi har jobbet så hardt for dette, sa Chile-stjernen Arturo Vidal etter kampen.
Han la til at spillerne hadde vært innstilt på å vinne Copa America etter å ha røket ut fra fjorårets VM på straffer (mot Brasil).
– Vi snakket om det i Brasil, at vi skal vinne Copa America. Dette er en fantastisk generasjon, og vi fortjener dette, sa han.
Det var Arsenal-proffen Alexis Sánchez som satte inn den avgjørende straffen til 4-1 etter at Gonzalo Higuaín og Éver Banega hadde bommet for Argentina.
Ikke vunnet siden 1993
Fotballstormakten Argentina har ikke vunnet det søramerikanske mesterskapet siden 1993.
Å tøyle et Argentina-lag som valset over Paraguay med 6-1 i semifinalen virket som en nærmest umulig oppgave, men Chile klarte seg svært godt. Argentina var det førende laget gjennom kampen, men særlig første omgang bar preg av at ingen av lagene var villig til å ta særlig risiko.
Messi, som var ute etter sin første Copa-tittel, ble effektivt og hardt stoppet flere ganger. Etter hvert virket han mest frustrert ettersom verken han eller lagkameratene klarte å bryte ned det kompakte og aggressive Chile-laget.
99 år
Chilenerne var samtidig svært farlige på kontringer, og Sánchez hadde et volleyskudd som strøk like utenfor mot slutten av ordinær tid.
Den brente muligheten skulle likevel vise seg ikke å ha så mye å si. Etter drøyt to timers neglebiting var det Chile-fansen som kunne juble og danse over at det endelig ble seier, 99 år etter Copa Americas oppstart.
Verre var Higuaíns bom på en stor sjanse like før kampuret rundet 90 minutter. Napoli-spissen fulgte opp med å måke ballen høyt over i straffesparkkonkurransen.
Messi var eneste argentiner som scoret på straffespark, men han er fortsatt uten en landslagstittel.