Nilmar pelasi Brasilian alle 20- ja alle 23-vuotiaiden maajoukkueissa. Ensimmäiset Brasilian miesten maajoukkueen ottelut hän pelasi CONCACAF Gold Cupissa 2003 Brasilian osallistuessa turnaukseen erikseen kutsuttuna eteläamerikkalaisjoukkueena. Nilmar pelasi turnauksessa neljä ottelua, myös loppuottelun, jonka Brasilia hävisi Meksikolle jatkoajalla. Hän kuului Maanosaliittojen cupin 2009 voittaneeseen joukkueeseen mutta pääsi kentälle vain vaihtopelaajana yhdessä alkulohko-ottelussa. MM-kilpailuissa 2010 hän pelasi neljä ottelua, joista yhden kokonaan ja kolmessa runsaat kymmenen minuuttia kussakin tultuaan vaihdosta kentälle. Hän pelasi kaikkiaan 24 maaottelua, joista viimeisen kesäkuussa 2011. Hän teki maaotteluissaan yhdeksän maalia, joista kolme MM-karsintaottelussa Chileä vastaan syyskuussa 2009.