כתוצאה מההישג באליפות אירופה, העפיל קירילנקו עם נבחרת רוסיה לאליפות העולם בשנת 2002. באליפות זו, שהייתה אליפות העולם היחידה שלו, קלע קירילנקו 15 נקודות בממוצע למשחק, והעפיל עם נבחרתו לסיבוב השני של הטורניר, שם היא סיימה במקום הלפני-אחרון בבית 6 והודחה. הוא סיים עמה במקום העשירי באליפות מתוך 16 נבחרות שהשתתפו. בשנים הבאות הוא השתתף עם נבחרת רוסיה באליפויות אירופה של 2003 ושל 2005, שבהן הצליח מבחינה אישית כשסיים במקומות השני והשלישי בהתאמה בדירוג הקולעים, אך לא הגיע להישגים משמעותיים מבחינה קבוצתית.