27 июня 2015 года в четвертьфинальном матче Кубка Америки против Парагвая (1:1) забил свой последний мяч за сборную. Бразильцы уступили в серии пенальти и выбыли из турнира. Робиньо был заменён на 87-й минуте на Эвертона Рибейро и в серии пенальти не участвовал. Парагвай затем уступил Аргентине в полуфинале со счётом 1:6. В январе 2017 года вернулся в сборную Бразилии в качестве капитана, чтобы сыграть товарищеский матч с Колумбией, в котором приняли участие только игроки южноамериканских клубов. Выйдя в стартовом составе, Робиньо достиг отметки в 100 матчей за «селесао». Этот матч стал для Робиньо последним в составе национальной команды.