Diaby pelasi Malin maajoukkueessa ensimmäisen maaottelunsa lokakuussa 2014 Etiopiaa vastaan ja teki heti ensimmäisessä maaottelussaan maalin. Hän on pelannut kaikkiaan 19 maaottelua ja tehnyt niissä seitsemän maalia. Hän on pelannut Afrikan-mestaruuskilpailuissa vuosina 2015 ja 2019.