Fabinho speelde vijf wedstrijden voor Brazilië –20 en kwam driemaal uit in het elftal onder 23. Op 7 juni 2015 maakte hij zijn debuut in het Braziliaans voetbalelftal in een vriendschappelijke interland tegen Mexico. Na rust verving hij Danilo, toen de 2–0 eindstand al bepaald was. Bondscoach Dunga nam Fabinho op in de Braziliaanse selectie voor de Copa América 2015, waar het land in de groepsfase Colombia, Peru en Venezuela trof. Brazilië werd groepswinnaar, maar verloor de strafschoppenreeks van Paraguay. Fabinho speelde geen minuut op het toernooi. In 2016 behoorde Fabinho weer tot de selectie voor de Copa América. Dit keer werd Brazilië uitgeschakeld in de groepsfase. Opnieuw kwam Fabinho niet van de bank af.