In de zomer van 2009 won hij met Mexico de Gold Cup. Hij werd daarnaast verkozen tot de "beste speler van het toernooi". In 2010 nam hij met Mexico deel aan het Wereldkampioenschap voetbal 2010 in Zuid-Afrika, waar het elftal strandde in de achtste finale tegen Argentinië . In 2013 werd hij opgenomen in de selectie voor de FIFA Confederations Cup. In de groepsfase werden de wedstrijden tegen Brazilië en Italië verloren, waardoor Mexico uitgeschakeld werd. De laatste groepswedstrijd, tegen Japan, werd wel gewonnen. Bondscoach Miguel Herrera nam Dos Santos in mei 2014 op in de selectie voor het wereldkampioenschap voetbal 2014 in Brazilië, waar hij in de Achtste Finale werd uitgeschakeld door Nederland. Wel maakte hij de 0-1 in deze wedstrijd.