В 1999 году тогдашний тренер сборной Бразилии Бернардиньо привлёк 22-летнюю связующую в национальную команду страны. В своём дебютном сезоне в составе сборной Карол (закрепившееся за волейболисткой прозвище — производное от имени) выиграла сразу две медали — на Гран-при (серебро) и Панамериканских играх (золото). Несмотря на удачный дебют, в последующие сезоны Карол в сборную не вызывалась вплоть до 2005 года, когда уже другой наставник главной команды страны Зе Роберто вновь решил прибегнуть к услугам волейболистки. При Зе Роберто за сборную Бразилии Карол выступала на протяжении четырёх сезонов, а после победы на Олимпиаде-2008 в Пекине приняла решение о завершении карьеры в национальной команде. Всего же в составе сборной волейболистка стала обладателем 10 золотых медалей на мировых и континентальных соревнованиях.