Für die Weltmeisterschaft 2002 wurde er von Luiz Felipe Scolari nicht berücksichtigt, nahm aber unter Carlos Alberto Parreira am Turnier 2006 in Deutschland teil und verlor am 1. Juli 2006 mit 0:1 im Viertelfinale im Frankfurter Waldstadion gegen die Auswahl Frankreichs. Dies war zugleich sein letztes Länderspiel, da er in der Folgezeit von Parreiras Nachfolger Carlos Dunga nicht mehr berufen wurde. Daher verkündete er am 8. Juni 2007 seinen Rücktritt aus der Nationalmannschaft. Nach seinen Leistungen beim HSV wurde in der Öffentlichkeit in Brasilien und in Deutschland über eine Rückkehr in die Nationalmannschaft diskutiert, doch Carlos Dunga und sein Co-Trainer Jorginho lehnten eine Nominierung von Zé Roberto ab, da er 2007 eine Einladung in den Kader für die Copa América ausschlug.