L'annata positiva (sua e della sua squadra, che si qualificò per la Coppa UEFA) gli consentì di essere convocato dal commissario tecnico brasiliano Felipe Scolari per il Mondiale nippo-coreano dell'estate 2002. Nella "Seleção" non aveva più il ruolo significativo di quattro anni prima, ma riuscì comunque a scendere in campo per 5 volte (tutte da riserva) e a laurearsi campione del mondo. Per Denílson fu una della ultime apparizioni con la maglia verde-oro del Brasile: nel 2003 Carlos Alberto Parreira, appena ritornato commissario tecnico, lo escluse dal giro della nazionale.