Ngày 21 tháng 7 năm 2008, Ramires đã được huấn luyện viên Dunga chọn để thay thế tiền đạo Robinho trong danh sách đội tuyển U-23 Brasil tham dự Olympic Bắc Kinh 2008 vào phút chót.[48] Tại giải này, đội tuyển Brasil đã giành được huy chương đồng.

Ngày 21 tháng 5 năm 2009, anh đã được gọi vào đội tuyển Brasil để chuẩn bị cho vòng loại World Cup 2010 và FIFA Confederations Cup 2009.[49] Ramires có trận đấu đầu tiên cho đội tuyển vào ngày 6 tháng 6 năm 2009 trong trận đấu tại vòng loại World Cup 2010 với Uruguay khi vào sân thay cho Elano.[50]

Ngày 12 tháng 5 năm 2010, Ramires đã được huấn luyện viên Dunga chọn vào danh sách 23 cầu thủ Brasil tham dự World Cup 2010 tại Nam Phi.[51] Anh có được bàn thắng đầu tiên cho đội tuyển quốc gia với cú đúp trong chiến thắng 5-1 trước Tanzania vào ngày 7 tháng 6 năm 2010, trận đấu tập dượt cuối cùng của đội tuyển Brasil cho World Cup 2010.[52]

World Cup 2010

Tại World Cup 2010, Ramires đã được đưa vào sân thay cho Felipe Melo ở phút 84 trong trận đấu đầu tiên ở vòng bảng gặp Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Triều Tiên. Anh phải nhận thẻ vàng ở phút 88 sau một pha vào bóng thô bạo.[53] Ở hai trận đấu còn lại ở vòng bảng với Côte d'Ivoire và Bồ Đào Nha, anh đều được vào sân ở những phút cuối trận đấu.

Chấn thương của Melo đã tạo điều kiện cho Ramires được ra sân ngay từ đầu trong trận đấu tại vòng 2 với Chile. Ở phút 59, Ramires cướp bóng từ giữa sân, tăng tốc vượt qua ba cầu thủ Chile trước khi chuyền ngang cho Robinho ghi bàn.[54] Anh được Goal.com đánh giá là cầu thủ chơi hay nhất trận với 8,5 điểm.[55] Tuy nhiên, đến trận tứ kết với Hà Lan, Ramires đã bị treo giò và cầu thủ thay thế anh là Melo đã mắc sai lầm nghiêm trọng dẫn đến trận thua 2-1 của đội tuyển Brasil.[56]