Vào ngày 26 tháng 7 năm 2007, Marta và đội tuyển nữ Brasil đánh bại đội tuyển U-20 Hoa Kỳ để giành chức vô địch Đại hội Thể thao Liên châu Mỹ trên sân Maracanã trước sự chứng kiến của 68.000 người. Cô được người hâm mộ Brasil gọi là "Pelé de saias" (tạm dịch: "Pelé mặc váy"). Chính Pelé cũng đồng ý với sự ví von này. Marta cũng nói rằng ông cũng đã gọi điện cho cô để chúc mừng chiến thắng và cô cực kỳ hạnh phúc khi biết một cầu thủ vĩ đại như vậy theo dõi trận đấu của đội.[31]

Marta cùng Brasil dự Giải vô địch bóng đá nữ thế giới 2007, vượt qua vòng bảng với ba trận toàn thắng, trong đó Marta có bốn bàn cho riêng mình. Tại tứ kết Brasil thắng 3–2 trước Úc trong đó có bàn thắng từ chấm phạt đền của Marta. Tại bán kết Marta ghi hai bàn giúp Brasil thắng 4–0 trước Hoa Kỳ — trong đó bàn thứ hai thể hiện kỹ thuật tuyệt vời của cố. Tuy vậy Brasil để thua 2–0 trước Đức ở trận chung kết. Marta thậm chí còn bỏ lỡ quả phạt đền ở giữa hiệp hai để cân bằng tỉ số trận đấu. Niềm an ủi của cô là danh hiệu Quả bóng vàng và Chiếc giày vàng (nhờ thành tích 7 bàn) của World Cup nữ 2007.

Marta cũng thi đấu tại Thế vận hội Mùa hè 2008 và giành được huy chương bạc sau khi để thua một bàn trước Hoa Kỳ.[32]

Tại Giải vô địch bóng đá nữ thế giới 2011 Brasil bị Hoa Kỳ loại ngay từ tứ kết. Với bốn bàn và hai kiến tạo tại giải này, cô đã có tổng cộng 14 bàn thắng tại các kỳ World Cup, san bằng thành tích của Birgit Prinz của Đức,[33] đồng thời nhận danh hiệu Chiếc giày bạc của giải.

Cô chính thức trở thành vua phá lưới World Cup nữ mọi thời đại vào năm 2015 sau bàn thắng trong chiến thắng trận mở màn World Cup tại Canada của Brasil trước Hàn Quốc.[34]