Als Folge seiner verbesserten Leistungen wurde Grünheid ab 2006 auch in die Herren-A-Nationalmannschaft berufen, mit der er unter Bundestrainer Dirk Bauermann an der Weltmeisterschaft 2006 in Japan teilnahm. Der auf der gleichen Position wie der deutsche NBA-„Star“ Dirk Nowitzki, der damals nur knapp seine erste Meisterschaft in der am höchsten dotierten Profiliga verpasst hatte, spielende Grünheid wurde in sechs von neun Spielen eingesetzt (insgesamt 56 Minuten) und machte im Turnier insgesamt zwölf Punkte. Bei der WM verlor Deutschland in der Vorrunde nur gegen den späteren Turniersieger Spanien und erreichte nach einem knappen Achtelfinalerfolg über Nigeria das Viertelfinale. Dort verlor man gegen die mit NBA-Profis besetzte Auswahl der Vereinigten Staaten und schloss das Turnier mit zwei Niederlagen in Platzierungsspielen auf dem achten Platz ab. Bei der folgenden EM-Endrunde 2007 im Lande des neuen Weltmeisters Spanien war Grünheid erneut im Kader vertreten, als Deutschland nach zwei Auftaktsiegen dreimal verlor und erst im letzten Zwischenrundenspiel mit einem Sieg über Italien den Einzug ins Viertelfinale sicherstellen konnte. Nach einer deutlichen Niederlage gegen den Weltmeister und Gastgeber reichte es diesmal mit zwei Siegen in den Platzierungsspielen zum fünften Platz, der zur Teilnahme an einem weiteren Qualifikationsturnier für das olympische Basketballturnier 2008 berechtigte. Grünheid kam jedoch kaum zum Zuge und wurde nur in vier Spielen der EM-Endrunde eingesetzt; längere Einsatzzeit bekam er nur beim Spiel gegen Slowenien, als die Stammkräfte der Auswahl auf ganzer Linie enttäuschten und die Mannschaft eine Niederlage mit 30 Punkten Differenz kassierte. Beim Basketball-Supercup 2008 machte Grünheid seine letzten Einsätze in der Nationalmannschaft und wurde für die Olympia-Qualifikation nicht mehr berufen, so dass er schließlich auch die eigentliche Teilnahme an den Olympischen Spielen verpasste.