W reprezentacji Senegalu Diao zadebiutował w 2001 roku. W 2002 roku został powołany do kadry na Puchar Narodów Afryki 2002. Jako zawodnik podstawowej jedenastki wywalczył wicemistrzostwo Afryki, a na całym turnieju zaliczył 2 trafienia – w ćwierćfinale z Demokratyczną Republiką Konga (2:0) oraz z Nigerią (2:1). W tym samym roku wystąpił na Mistrzostwach Świata. Tam zagrał w trzech meczach: dwóch grupowych z Francją (1:0) oraz z Danią (1:1, gol w 52. minucie i czerwona kartka w 80. minucie), a także w ćwierćfinale z Turcją (0:1). W 2004 roku odpadł z Senegalem w 1/4 finału Pucharu Narodów Afryki 2004.