Марсело был основным игроком сборной на домашнем Кубке конфедераций 2013 года, в котором бразильцы одержали победу, переиграв в финале сборную Испании. На чемпионате мира 2014 года Марсело забил первый гол в первом матче против Хорватии в свои ворота, который стал первым автоголом сборной Бразилии за всю историю чемпионатов мира. Несмотря на крупное поражение в полуфинале от сборной Германии со счётом 1:7, Марсело был включён в символическую сборную чемпионата мира, определённую ФИФА на основании голосования болельщиков на официальном сайте. Он попал в неё вместе с двумя другими защитниками сборной Бразилии — Тиагу Силвой и Давидом Луисом. В матче за третье место, в котором бразильцы уступили Нидерландам (0:3), Марсело участия не принимал.