Bereits bei der WM 2006, Bellinellis erstem großen Turnier in der italienischen A-Nationalmannschaft, war er der "Topscorer" der Mannschaft und erzielte allein gegen die USA 25 Punkte. Auch bei der EM 2007 war er bester Punktesammler Italiens, dennoch erreichte die Mannschaft nicht das Viertelfinale, auch weil Belinelli Mitte des zweiten Viertels im entscheidenden Spiel gegen Deutschland ausfiel und erst im letzten Viertel wieder zum Einsatz kam. Trotzdem kam Belinelli auf 25 Punkte und war der beste Spieler des Spiels. An den Europameisterschaften 2011, 2013, 2015 und 2017 nahm er ebenfalls teil.