Lucas là cựu đội trưởng của đội tuyển U-20 Brasil. Anh giúp đội tuyển vô địch giải trẻ Nam Mĩ năm 2007, ghi 4 bàn ở giải đấu.Anh tiếp tục cùng đội tuyển dự giải U-20 thế giới ở Canada vào tháng 7 năm 2007.Tuy nhiên một chấn thương trong lúc tập luyện đã khiến anh không thể ra sân trong 3 tuần, khiến anh phải rút khỏi đội hình.

Vào tháng 10 năm 2006 Lucas được gọi vào đội tuyển bóng đá quốc gia Brasil trong trận giao hữu gặp câu lạc bộ Kuwait Al-Kuwait và đội tuyển bóng đá quốc gia Ecuador. Lucas vừa là cầu thủ trẻ nhất đội và vừa là một trong hai cầu thủ không thi đấu ở châu Âu trong một đội hình mạnh.Anh có trận ra mắt trong màu áo Brasil vào ngày 7 tháng 10 năm 2006 khi vào sân trong trận tiếp Al-Kuwait. Brasil thắng trận 4-0.Tuy nhiên, lần ra sân này không được goi là lần ra sân đầu tiên bởi trận đấu không được coi là một trận giao hữu chính thức bởi FIFA.

Lucas chính thức có lần ra mắt trong màu áo đội tuyển vào ngày 22 tháng 8 năm 2007 khi vào sân trong trận tiếp đội tuyển bóng đá quốc gia Algeria.

Vào tháng 6 năm 2008, Lucas được gọi vào đội tuyển Olympic Brasil để dự một trận đấu trước thềm Olympic vào cuối tháng.

Vào ngày 19 tháng 8, Lucas phải nhận thẻ đỏ trong trận bán kết Olympic gặp Argentina sau pha phạm lỗi với đồng đội ở Liverpool là Javier Mascherano, trận đó Argentina thắng 3-0.