Dobre występy na mistrzostwach Europy U-21 otworzyły Veloso drogę do gry w dorosłej reprezentacji swojego kraju. Po raz pierwszy powołany został do niej 14 sierpnia na spotkanie przeciwko Armenii. W drużynie narodowej zadebiutował jednak dopiero 13 października w meczu z Azerbejdżanem. W 2008 roku razem z reprezentacją Portugalii dotarł do ćwierćfinału mistrzostw Europy, w 2010 do 1/8 mistrzostw świata, a w 2012 do półfinału mistrzostw Europy.