Nachdem Keller 1967 in der deutschen Nationalmannschaft debütiert hatte, wurde er im Oktober 1968 vom Bundestrainerrat des Deutschen Basketball Bundes, unter Vorsitz von Anton Kartak, damals Sportwarts des DBB, für den fünfzigköpfigen 'Olympiakader 1972' in der 'Kartak-Liste' nominiert. 1969 gehörte er unter Bundestrainer Miloslav Kříž zum Kader in der Qualifikationsrunde zur Basketball-Europameisterschaft 1969. 1971 belegte Keller mit der DBB-Nationalmannschaft, unter Bundestrainer Theodor Schober, bei der Europameisterschaft im eigenen Land den neunten Platz. 1972 erreichten die deutschen Basketballer den zwölften Platz bei den Olympischen Spielen in München. Dietrich Keller, damals 28 Jahre alt, kam 1972 in vier Spielen des olympischen Basketballturniers zum Einsatz, erzielte 14 Punkte (3,5/Spiel), bei 8 gegen ihn gepfiffenen Fouls.