Diop wurde zum ersten Mal 1999 in die Senegalesische Fußballnationalmannschaft berufen, aber bestritt erst 2001 sein erstes Länderspiel. Er gehörte dem Mannschaftskader für die FIFA Fußball-Weltmeisterschaft 2002 in Japan und Südkorea an und machte dort auf sich aufmerksam, als er im gegen Frankreich den 1:0-Siegtreffer erzielte. In fünf Turnierspielen erzielte er drei, in insgesamt 63 Länderspielen elf Tore.