Nilmar nastupoval za brazilskou reprezentaci do 20 let, s níž v roce 2003 vyhrál Mistrovství světa hráčů do 20 let ve Spojených arabských emirátech. Ve finále Brazílie porazila Španělsko 1:0. Nilmar na turnaji vstřelil 3 góly, jeden proti Kanadě (výhra 2:0) a dva proti Japonsku (výhra 5:1).