Anh đã được trao cơ hội đầu tiên của mình là được gọi lên đội tuyển quốc gia Brasil tháng 3 năm 2011 cho trận giao hữu với Scotland sau khi Alexandre Pato rút khỏi đội hình do chấn thương. "Tôi đang tận dụng lợi thế của các trường hợp để triệu tập một cầu thủ đã chơi tốt với Internacional và đủ trẻ để chơi ở Thế vận hội", HLV trưởng Mano Menezes nói. Damião ghi bàn thắng đầu tiên cho Brasil trong chiến thắng giao hữu 1-0 trước Ghana vào ngày 5 tháng 9 tại Craven Cottage từ băng ghế dự bị.

Sau kỳ Confed Cup 2013 thành công liên tiếp lần thứ tư của đội tuyển Brasil, Damião chia tay đội tuyển quốc gia chỉ sau 2 năm gắn bó, tổng cộng anh đã thi đấu 17 trận và ghi được 3 bàn thắng.