מרסלו זומן גם לסגל נבחרת ברזיל במונדיאל 2014, בו הגיעה הנבחרת למקום הרביעי. מרסלו זומן גם למונדיאל 2018 בו הגיעה הנבחרת לרבע גמר והפסידה לנבחרת בלגיה. מרסלו לא זומן לסגל הנבחרת במשחקי קופה אמריקה 2019.