Convirtió 28 goles con su selección, 2 en la Copa Mundial de Fútbol de 1998 ambos a México y 3 en el Mundial de 2002 anotando en todos los partidos de la primera fase: uno a , uno a y otro gol a , además de un gol legal injustamente anulado frente al futuro campeón sobre las postrimerías del tiempo en octavos de final (que hubiera sido el 1-0 belga e irse al descanso), al final Bélgica cayó 2-0 con goles de Rivaldo y Ronaldo en el 2º tiempo. Wilmots fue el referente de su selección y el mejor jugador. Antes Wilmots jugó la Eurocopa 2000 donde Bélgica fue coorganizador. Su buen desempeño en el Mundial de 2002 le valió una nominación para el Balón de Oro.