Con l'arrivo del nuovo C.T. Dunga, Luisão viene confermato nel giro verdeoro ed inizia ad essere schierato con più continuità. Complice l'infortunio di Juan, viene promosso a titolare durante la Confederations Cup 2009, vinta dal Brasile in finale contro gli Stati Uniti. Il 6 settembre 2009, inoltre, realizza il gol del vantaggio in Argentina-Brasile (1-3), partita che sancisce la qualificazione dei verdeoro al Mondiale 2010. È nei 23 calciatori che partecipano sia alla manifestazione mondiale che alla Coppa America 2011, ma nel corso dei due tornei non scende mai in campo. Dopo altre convocazioni, il nuovo C.T. Luiz Felipe Scolari lo esclude dal giro della nazionale. Il difensore chiude così la sua carriera in verde-oro con un bilancio di 44 presenze e 3 gol.