Ở cấp độ quốc tế, Dalot thi đấu cho Đội tuyển Bồ Đào Nha từ U15 đến U21.[8] Dalot cùng U17 Bồ Đào Nha vô địch giải U17 châu Âu tại Azerbaijan năm 2016.[9] Hậu vệ này ghi 2 bàn trong 5 trận tại giải đấu đó và được bầu vào đội hình xuất sắc nhất. Ngoài ra, Dalot đã cùng U19 tham dự U19 châu Âu, cùng U20 tham dự Giải vô địch bóng đá U-20 thế giới 2017.[10] Cả hai giải Bồ Đào Nha đều bị loại ở vòng tứ kết.[11]

Ngày 1 tháng 6 năm 2021, Diogo Dalot được huấn luyện viên Fernando Santos triệu tập vào đội tuyển bóng đá quốc gia Bồ Đào Nha chuẩn bị cho Euro 2020 thay thế hậu vệ João Cancelo do hậu vệ này đã có kết quả xét nghiệm dương tính với COVID-19 trước khi giải đấu khởi tranh. Anh có trận đấu ra mắt đội tuyển quốc gia vào ngày 23 tháng 6 năm 2021 trong trận gặp Pháp mà anh đã ra sân từ băng ghế dự bị.