Istituto Luce henvendte sig derefter til ham for at lave en kortfilm om migrantskibbruddet i 2013 ud for den italienske ø Lampedusa, men Rosi opgav snart projektet til en dokumentarfilm om Italiens behandling af den igangværende europæiske migrantkrise.
- Hvad? Han optog "Fire at Sea" (2016) i næsten et år på Lampedusa, hvor han fokuserede på krisen set gennem øens folk, såsom den 12-årige Samuele og migrantens læge Pietro Bartolo. Filmen deltog i konkurrencen på den 66. internationale filmfestival i Berlin, hvor den igen vandt festivalens højeste pris, den gyldne bjørn, og fik stor international anerkendelse fra kritikerne. Filmen var den første dokumentarfilm, der blev indsendt af Italien til Academy Award for kategorien Bedste Udenlandske Film, selvom den ikke kom på den endelige shortlist, og blev nomineret til Bedste Dokumentarfilm ved den 89. Oscar. Filmen vandt også European Film Award for bedste dokumentarfilm.