Pato a joué avec les équipes du Brésil des moins de 20 ans, notamment la Coupe du monde de football des moins de 20 ans 2007, où l'équipe, dont il termine meilleur buteur avec 3 buts en 4 matchs, sort en huitièmes de finale. Il joue son premier match avec l'équipe A du Brésil en , lors d'un match amical contre la Suède, en remplaçant à la Luís Fabiano. 12 minutes plus tard, il marque (comme à son habitude) son premier but pour sa première sélection.