W reprezentacji Brazylii Rochemback zadebiutował 31 maja 2001 w wygranym 2:0 meczu z Kamerunem, rozegranym za kadencji Emersona Leão w ramach Pucharu Konfederacji 2001. Podczas tego turnieju Fábio z "Canarinhos" zajął 4. miejsce, a po tym turnieju w reprezentacji więcej nie wystąpił. Ogółem w reprezentacji Brazylii zagrał w 7 meczach.