Na mezinárodní scéně Carvalho reprezentoval Portugalsko na EURU 2004 v Portugalsku, na EURU 2008 v Rakousku a Švýcarsku a na Mistrovství světa 2006 v Německu. Došel do finále EURA 2004 a do semifinále Mistrovství světa 2006. Na EURU 2008 Portugalsko vypadlo ve čtvrtfinále.