Tháng 11 năm 2001, Gilberto có trận ra mắt đội tuyển quốc gia đầu tiên trong trận gặp Bolivia. Năm 2002, Gilberto chính là sự ngạc nhiên trong cả đội và World Cup 2002. Anh trở thành một hiện tượng đặc biệt khi giúp Brasil giành cúp vô địch thế giới tại World Cup 2002, anh chơi cả bảy trận của dội tuyển Brasil. Trước đó anh chỉ là cầu thủ dự bị và anh mong chờ được chơi một vài trận của giải. Và cơ hội đến khi Emerson đã bị chấn thương trước trận đấu đầu tiên. HLV của Brasil Luiz Felipe Scolari đã đưa Gilberto lên đá trám vào vị trí của Emerson. Và anh đã thi đấu rất tốt trong tất cả các trận đấu. Brasil đã thắng Đức 2-0. Trong trận chung kết. Tạp chí Veja viết: "Gilberto đã mang cây đàn Piano đến cho Ronaldo và Rivaldo chơi khúc nhạc họ yêu thích".

Năm 2006 anh cũng là thành viên của Brasil tham dự World Cup nhưng lần này dội tuyển của anh đã phải dừng lại ở trận tứ kết sau khi thua Pháp với tỉ số 0-1.

Năm 2007 anh là đội trưởng của Brasil tham dự Copa America và giành chức vô địch.