Júlio César bestritt 1986 – unter der Leitung von Telê Santana – im Freundschaftsspiel gegen die DDR sein Debüt in der "Seleção". Ohne weitere Auswahlspiele folgte direkt die Berufung in den Kader für die WM 1986 in Mexiko. Als Stammspieler wurde er mit den Brasilianern Gruppensieger und spielte somit im Achtelfinale gegen Polen. Die Osteuropäer wurden mit 4:0 besiegt und es folgte das Viertelfinale gegen Frankreich. In diesem Spiel stand es nach regulärer Spielzeit und abgelaufener Nachspielzeit 1:1. Somit kam es zum Elfmeterschießen, in welchem Júlio César zum tragischen Helden wurde, da er den letzten Elfmeter der Brasilianer verschoss. Trotzdem wurde er für die Auszeichnung des „Goldenen Balls“, für den besten Spieler des Turniers, vorgeschlagen. Nach der Wahl der Journalisten belegte er jedoch den letzten Platz. Ein Jahr und zwei Freundschaftsspiele später folgte die Copa América in Argentinien. Die Kontinentalmeisterschaft war für die Brasilianer schnell beendet, denn sie schieden bereits in der Gruppenphase aus. Júlio César absolvierte dabei lediglich das letzte Gruppenspiel gegen Chile (0:4). Nach diesem Debakel absolvierte er noch drei Länderspiele, ehe er beim U.S. Cup 1993 gegen die USA und Deutschland seine letzten beiden Auswahlspiele bestritt.