Năm 2003, thành công đến với Vinh khi anh được huấn luyện viên Alfred Riedl gọi bổ sung vào danh sách đội tuyển U-23 tham dự SEA Games 22. Tuy nhiên, giải đấu này Vinh không có cơ hội ra sân nhiều khi anh chỉ được chơi 15 phút cuối trận gặp Thái Lan, 20 phút trận gặp Indonesia, 90 phút trận gặp Lào (và ghi bàn duy nhất). Ở giải đấu này, anh chỉ là sự lựa chọn số 4 sau Phạm Văn Quyến, Phan Thanh Bình và Hoàng Phúc Lâm. Sau khi huấn luyện viên Edson Tavares tới dẫn dắt đội tuyển Việt Nam, Công Vinh lập tức có vị trí trong đội tuyển sau những màn trình diễn thành công trong màu áo câu lạc bộ. Với 8 bàn thắng sau 3 kỳ SEA Games 22, 23 và 24 - Công Vinh đứng thứ 2 trong top các cầu thủ Việt Nam ghi nhiều bàn thắng nhất tại sân chơi này, xếp sau Phạm Văn Quyến với 9 bàn thắng.