Vanaf 2003 zit Júlio César bij de nationale selectie van Brazilië. Zo zat hij onder meer in de selectie voor de Confederations Cup van dat jaar. Echter, zijn debuut vond plaats in 2004 tijdens de Copa América. Hij leidde het nationale team naar de overwinning van dat toernooi door onder meer in de strafschoppenserie van de finale een Argentijnse strafschop te keren. Na dit toernooi werd Dida, die het toernooi had laten schieten, weer als eerste doelman opgesteld door de bondscoach. Na het winnen van de concurrentiestrijd met Gomes, Helton en Doni koos Dunga sinds 2007 wel voor de doelman uit Rio de Janeiro, evenals Luiz Felipe Scolari, met wie hij deelnam aan het wereldkampioenschap voetbal 2014 in eigen land.