Részt vettek a labdarúgás történetének első világbajnokságán, melynek Uruguay adott otthont 1930-ban. A csoportjukban a Jugoszlávia ellen elszenvedett 2–1-s vereség után 4–0-ra megverték Bolíviát, de mindez kevés volt a továbbjutáshoz. Az 1934-es világbajnokságon Spanyolországtól kaptak ki 3–1-re az első fordulóban. Az 1938-as vb-n Lengyelország és Csehszlovákia kiejtésével az elődöntőig jutottak, ahol a későbbi világbajnok Olaszország győzte le a brazilokat 2–1-re. A harmadik helyért rendezett mérkőzésen 4–2-re verték Svédországot, így megszerezték a bronzérmet. Leônidas da Silva 7 góljával a torna gólkirálya lett.