Diao speelde 39 keer voor Senegal en scoorde daarbij vier doelpunten sinds 2000, waaronder een staking tegen Denemarken op het WK 2002 na een reeks snelle passes van zijn teamgenoten om hem op te leiden. Hij werd later van het veld gestuurd in dezelfde wedstrijd was een hoge tackle. Diao maakte deel uit van de Senegalese ploeg die naar de African Cup of Nations 2002 ging, waar Senegal als tweede eindigde na verlies in de finale van Kameroen en maakte deel uit van de Senegalese ploeg die naar de African Cup of Nations 2004 ging.