İlk 3 takımının Olimpiyat elemelerine katılmaya hak kazanacağı 2007 Avrupa Basketbol Şampiyonası'nda Nowitzki, Almanya'yı 5. sıraya taşımış ve 24 sayı ortalamasıyla da turnuvanın en skorer oyuncusu olmuştur. Beşinci sırayı almak Almanya için Olimpiyat yolunda eleme maçları oynayamam anlamına geliyordu. Ancak Almanya'nın 2008 Pekin Olimpiyat Oyunları Elemelerine katılmasına izin verilmiş Nowitzki de Olimpiyat yolunda oynanan son maçta Porto Riko'ya karşı attığı 32 sayıyla Almanya'yı 96-82'lik galibiyete taşımış ve Almanya 1992 Barcelona Olimpiyatları'ndan sonra ilk kez Olimpiyatlara katılma hakkı kazanmıştır. Nowitzki 2012 Pekin Olimpiyatları açılış seremonisinde Almanya'nın bayrağını taşıyan sporcu olmuştur. Almanya'nın 10. sırada bitirdiği Olimpiyatlarda Nowitzki 17 sayı 7.6 ribaund ortalamalarıyla turnuvayı tamamlamıştır. 2009 Avrupa Basketbol Şampiyonası'nda oynamama kararı alan Nowitzki 2010 yılında 2010 FIBA Dünya Basketbol Şampiyonası'nda da oynamayacağını açıkladı.