Nowitzki millî takımla ilk madalyayı 2002 FIBA Dünya Basketbol Şampiyonası'nda aldı. Almanya bu turnuvayı 3. tamamlayarak bronz madalya aldı. Çeyrek final maçında Pau Gasol liderliğindeki İspanya 52-46'lık üstünlüğü yakalamasına karşın Nowitzki son çeyrekte 10 sayı atarak maçı 70-62'yle Almanya'ya kazandırdı. Yarı finalde Manu Ginóbili liderliğindeki Arjantin karşısında 74-69'luk skoru yakalamasına karşın maçı 86-80 kaybeden Almanya final şansını bir kez daha kaçırdı. Ancak üçüncülük karşısında Almanya, Yeni Zelenda'yı 117-94 mağlup ederek bronz madalyayı kazanmıştır. Nowitzki turnuvayı 24 sayı ortalamasıyla tamamlayarak MVP seçilmiştir. Almanya millî takımı bu turnuvada 4 milyon televizyon seyircisi tarafından takip edilerek rekoru geliştirmiştir.