Met het nationale team was Veloso onder meer actief op het Europees kampioenschap voetbal 2008, wereldkampioenschap voetbal 2010 en het Europees kampioenschap voetbal 2012, dat in Polen en Oekraïne plaatsvond. Bij dat laatste toernooi werd de ploeg van bondscoach Paulo Bento in de halve finale na strafschoppen (2–4) uitgeschakeld door titelverdediger en buurland Spanje. In de reguliere speeltijd plus verlenging waren beide ploegen blijven steken op 0–0. Op 19 mei 2014 maakte bondscoach Bento bekend Veloso mee te nemen naar het wereldkampioenschap voetbal in Brazilië.