В 2001 году Кардулло впервые была включена в состав национальной сборной Италии, несмотря на то, что даже не имела игрового опыта выступлений в высшем дивизионе чемпионата страны. 13 июня Паола дебютировала в главной сборной страны в матче против США на традиционном турнире в швейцарском Монтрё. В своём первом международном официальном турнире Кардулло, исполнявшая в итальянской команде роль либеро, стала чемпионкой Средиземноморских игр, а затем дошла со своей сборной до финала чемпионата Европы, где итальянки лишь в пяти партиях уступили российским волейболисткам. Через год Кардулло в составе национальной команды Италии выиграла «золото» мирового чемпионата, проходившего в Германии. Всего же в ходе своей карьеры в составе «скуадры адзурры», продолжавшейся с перерывами до 2014 года, волейболистка приняла участие в двух Олимпиадах (2004 и 2008), четырёх чемпионатах мира (2002, 2006, 2010, 2014), двух розыгрышах Кубка мира (2003 и 2007), пяти чемпионатах Европы (2001, 2003, 2005, 2007, 2009) и ещё в целом ряде других крупнейших международных соревнований, неоднократно становясь победителем и призёром. 5 раз Кардулло признавалась лучшей либеро официальных международных турниров, а в 2003 — лучшим игроком Гран-при. Всего же на момент окончания карьеры в сборной Италии (после чемпионата мира 2014) на счету Паолы Кардулло 288 матчей, проведённых в форме национальной команды.