Il 20 agosto 2002 ha esordito con la maglia della nazionale greca contro l', nella partita terminata 0-0 allo Stadio Apostolos Nikolaidis di proprietà del . Il commissario tecnico Otto Rehhagel lo convoca per molte partite di qualificazione per il campionato d'Europa 2004 dove la nazionale greca vince il suo girone davanti alla Spagna. Otto Rehhagel lo ha anche convocato per l'Europeo 2004, conclusosi con la vittoria dei greci. Proprio un assist di Papadopoulos a Zizis Vryzas ha permesso a quest'ultimo di accorciare le distanze (2-1) nella partita della fase a gironi contro la , risultato che ha consentito alla Grecia di qualificarsi per la fase a eliminazione diretta. È stato convocato anche per la qualificazioni al , dove ha dato un grande contributo alla nazionale greca qualificatasi per prima al torneo. Il 29 agosto il tecnico della nazionale greca annuncia la convocazione di Dimitrios Papadopoulos dopo sei anni per la partita contro il Liechtenstein a Vaduz allo stadio Rheinpark Stadion valida per la qualificazione al Mondiale 2014, entrando all'84º minuto al posto di Lazaros Christodoulopoulos. Il 5 marzo entra al 59 della ripresa al posto di Alexandros Tziolīs nella amichevole contro la nazionale nordcoreana allo stadio Stadio Karaiskákis di Atene. Il 15 maggio viene resa pubblica la lista dei 30 convocati della nazionale greca per il Mondiale 2014 e Dimitrios Papadopoulos diventa uno degli attaccanti della squadra ellenica, diventando la sua prima apparizione ad un Mondiale.