W reprezentacji Senegalu Diop zadebiutował w 2000 roku. W 2002 roku został powołany przez selekcjonera Bruno Metsu do kadry na Mistrzostwa Świata w Korei Południowej i Japonii. Tam był podstawowym zawodnikiem Senegalu. Wystąpił we wszystkich 3 meczach grupowych, a następnie w 1/8 finału ze Szwecją (2:1 po dogrywce) i ćwierćfinale z Turcją (0:1 po dogrywce). W 2004 roku natomiast wystąpił w Pucharze Narodów Afryki i z Senegalem dotarł do ćwierćfinału. Po tym turnieju zakończył reprezentacyjną karierę. W kadrze rozegrał 52 mecze i zdobył 2 gole.