Nach dem Rücktritt von Dida wurde Júlio César zur Nummer eins im brasilianischen Tor, und als solche nahm er 2009 am Confed-Cup teil, den Brasilien nach einem 3:2-Final-Sieg gegen die USA gewann. Anfang Juni 2010 wurde er in den Kader für die Weltmeisterschaft 2010 in Südafrika berufen. Bei diesem Turnier stand er bei allen fünf Spielen der brasilianischen Nationalmannschaft, die im Viertelfinale ausschied, zwischen den Pfosten. Ein Jahr nach der enttäuschend verlaufenden WM wurde der Torhüter vom neuen Trainer Mano Menezes in den Kader für die Copa América in Argentinien berufen. Dort schied die Mannschaft wiederum im Viertelfinale aus.