Diego spielte erstmals am 30. April 2003 gegen Mexiko in der brasilianischen A-Nationalmannschaft. Im Juli 2003 nahm er am Gold Cup teil, bei dem er in seinem dritten Länderspiel am 15. Juli 2003 gegen Honduras seinen ersten Länderspieltreffer erzielte. Im Juli 2004 nahm er mit der Mannschaft an der Copa América teil und stand im Finale gegen Argentinien am 25. Juli 2004.