Pada level internasional, Diaw turut memperkuat tim nasional bola basket Prancis dengan memenangkan antara lain medali perunggu pada Kejuaraan Dunia FIBA tahun 2014, juara EuroBasket pada tahun 2013, medali perak EuroBasket 2011, serta dua medali perunggu masing-masing pada EuroBasket 2005 dan 2015.