Am 17. November 2010 debütierte Diamanti im Spiel gegen Rumänien in der italienischen Nationalmannschaft. Am 18. Juni 2012 bestritt er sein zweites Länderspiel gegen Irland bei der Fußball-Europameisterschaft 2012, als er für Antonio Cassano eingewechselt wurde. Zusammen mit der italienischen Mannschaft erreichte er das EM-Finale, in dem sie Spanien mit 0:4 unterlag. Auch am FIFA-Konföderationen-Pokal 2013 nahm Diamanti mit Italien teil.