Vào tháng 3 năm 2002, trong khi nhiều người nghi ngờ tính khí và thiếu kinh nghiệm của anh ấy, huấn luyện viên Adnan Hamad đã gọi Mahmoud trong đội hình của anh ấy đến trại huấn luyện của Iraq ở Ý và cho anh ấy khởi đầu trước câu lạc bộ Serie B, Cagliari Calcio và sau đó anh ấy đã ghi bàn. Trận ra mắt quốc tế đầy đủ của Mahmoud là trận gặp Syria trong trận giao hữu ở BaghdErbilo ngày 19 tháng 7 năm 2002. Bàn thắng đầu tiên của anh đến trận chung kết Giải vô địch WAFF 2002 ở phút 89 để đưa trận đấu đến hiệp phụ, nơi Iraq giành chiến thắng nhờ bàn thắng vàng của Haidar Mahmoud. Trong trận đấu tiếp theo của anh ấy với Iraq, vòng loại AFC Asian Cup 2004, anh ấy đã ghi 4 bàn vào lưới Bahrain và sau đó tiếp tục lập hat-trick vào lưới Malaysia. Anh đã ghi 6 bàn cho đội Olympic ở Cúp Hữu nghị Hoàng tử Abdullah Al-Faisal năm 2003, bao gồm cú hat-trick vào lưới Al-Nassr và bàn thắng duy nhất trong trận chung kết với Morocco, khi Iraq giành cúp. Thành tích của anh năm 2003 cho thấy anh được đề cử giải Cầu thủ trẻ xuất sắc nhất châu Á.

Anh là một phần của đội tuyển vòng loại Thế vận hội Olympic 2004 của Iraq và đã ghi bàn vào lưới Oman và Kuwait khi Iraq có thể vượt qua vòng loại. Mahmoud ghi 1 bàn ở Asian Cup 2004 trước Ả Rập Saudi, và trong trận chung kết Thế vận hội, Iraq kết thúc ở vị trí thứ 4 và Mahmoud ghi 1 bàn, trước Bồ Đào Nha. Iraq đã tham gia Thế vận hội Tây Á năm 2005 và Mahmoud đã ghi được 3 bàn thắng trong giải đấu, bao gồm một bàn thắng trong trận chung kết mà Iraq tiếp tục giành chiến thắng để giành huy chương vàng. Ở LG Cup 2006, Mahmoud đã ghi 1 bàn khi Iraq kết thúc với vị trí á quân. Năm 2006, Iraq tham gia Đại hội thể thao châu Á và lọt vào trận chung kết nhưng thua Qatar; Mahmoud ghi 3 bàn trong giải đấu. Năm 2006, Mahmoud trở thành đội trưởng Iraq, tiếp quản Razzaq Farhan.

Năm 2007 là một trong những năm tốt nhất trong sự nghiệp của Mahmoud; anh ấy đã ghi được 1 bàn thắng trong Giải vô địch WAFF 2007, nơi Iraq kết thúc với vị trí á quân, và anh ấy đã ghi 4 bàn ở AFC Asian Cup 2007, bao gồm cả bàn thắng trong trận chung kết khi Iraq giành được cúp châu Á đầu tiên. Mahmoud đã giành giải thưởng Vua phá lưới và giải thưởng MVP trong giải đấu, và hoàn thành vị trí thứ 2 trong giải thưởng Cầu thủ xuất sắc nhất châu Á năm 2007 và vị trí thứ 29 trong cuộc bầu chọn Quả bóng Vàng 2007, trở thành cầu thủ Iraq đầu tiên trong lịch sử được đề cử giải thưởng Ballon uy tín. 2 năm sau, anh đã giành được chiếc cúp cuối cùng của mình cho Iraq, Cúp Quốc tế UAE năm 2009 và năm đó anh cũng tham gia Cúp Liên đoàn FIFA 2009, chơi cả ba trận của Iraq và ghi bàn thắng việt vị vào lưới New Zealand, điều không được phép.

Anh đã ghi bàn trong giải đấu Asian Cup thứ 3 liên tiếp với bàn thắng vào lưới Iran tại AFC Asian Cup 2011. Mahmoud đã ghi 7 bàn ở vòng loại FIFA World Cup 2014 nhưng Iraq đã kết thúc nhóm của họ ở vòng cuối cùng và không thể vượt qua vòng loại. Vào đầu năm 2013, Iraq đã tham dự Cúp Vịnh Ả Rập lần thứ 21 và Iraq kết thúc với tư cách là á quân; Mahmoud đã ghi 2 bàn trong giải đấu, bao gồm cả bàn thắng duy nhất của Iraq trong trận chung kết: thất bại 2 trận1 trước Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất sau hiệp phụ. Mahmoud đã dẫn dắt Iraq đủ điều kiện tham dự AFC Asian Cup 2015 bằng cách ghi 4 bàn ở các vòng đấu loại bao gồm 2 bàn trong trận đấu quyết định với Trung Quốc. Anh ấy đã tham gia với tư cách là một trong những cầu thủ quá khổ của Iraq trong Đại hội thể thao châu Á 2014 và anh ấy đã ghi được 4 bàn thắng trong giải đấu khi Iraq giành huy chương đồng. Ở Asian Cup 2015, Iraq kết thúc ở vị trí thứ 4 và Mahmoud ghi được 2 bàn thắng (trước Palestine và Iran, anh đã trở thành cầu thủ duy nhất ghi bàn trong 4 giải đấu Asian Cup liên tiếp). Vào ngày 28 tháng 3 năm 2015, Iraq đã chơi một trận giao hữu với DR Congo và trận đấu đã chứng kiến ​​Mahmoud trở thành cầu thủ khoác áo nhiều nhất mọi thời đại của Iraq. Mặc dù đã bước vào tuổi 30 trong chiến dịch vòng loại FIFA World Cup 2018 của Iraq, Mahmoud vẫn là cầu thủ quan trọng của Iraq và anh đã ghi 4 bàn trong nhóm của Iraq, bao gồm một cú đá phạt vào Đài Bắc Trung Quốc để đưa Iraq vào vòng chung kết. Anh tuyên bố từ giã bóng đá vào ngày 23 tháng 8 năm 2016. Nhìn chung, Mahmoud đã ghi được 57 bàn thắng trong 148 trận đấu quốc tế.

International goals

By years

Famous international matches

• ngày 24 tháng 3 năm 2002 – Iraq 1–4 Cagliari Calcio (Scored on his debut for Iraq but this was not an international match)
• ngày 7 tháng 9 năm 2002 – Iraq 3–2 Jordan (a.e.t.) (Iraq were losing 2–1 to Jordan in the final of the 2002 WAFF Championship; in the last few minutes, Mahmoud was substituted onto the field and scored his first international goal in the 89th minute to send the match to extra time, and because of it Iraq won their first WAFF Championship)
• ngày 15 tháng 8 năm 2003 – Iraq 1–0 Morocco (Scored the winning goal in the final of the Prince Abdullah Al-Faisal Friendship Cup)
• ngày 8 tháng 10 năm 2003 – Iraq 5–1 Bahrain (Scored 4 goals (including a lob and a 20-yard strike), the most he scored in a single international game for Iraq)
• ngày 12 tháng 8 năm 2004 – Iraq 4–2 Portugal (Scored 1 goal and played a big part in two others as Iraq pulled off one of the best victories in their history)
• ngày 10 tháng 12 năm 2005 – Iraq 2–2 Syria (6–5 on PK) (Scored Iraq's 2nd goal in the West Asian Games final with a first-time half-volley from outside the box)
• ngày 11 tháng 10 năm 2006 – Iraq 4–2 Singapore (Scored 2 goals to help Iraq qualify for the 2007 AFC Asian Cup; the 1st one was a solo goal where he dribbled past 3 players and nutmegged another, and the 2nd goal was a long-shot from nearly 30 yards out)
• ngày 6 tháng 12 năm 2006 – Iraq 4–0 Malaysia (Scored 2 goals in the same minute)
• ngày 21 tháng 7 năm 2007 – Iraq 2–0 Vietnam (Scored within 65 seconds of the start of the match and also scored the 2nd goal from a free-kick)
• ngày 29 tháng 7 năm 2007 – Iraq 1–0 Saudi Arabia (Scored the winning goal in the final of the 2007 AFC Asian Cup to win Iraq their first Asian Cup)
• ngày 20 tháng 1 năm 2015 – Iraq 2–0 Palestine (Became the 1st player to score in 4 different (and consecutive) Asian Cups (2004, 2007, 2011, 2015))
• ngày 28 tháng 3 năm 2015 – Iraq 2–1 DR Congo (Broke the record for most international caps for Iraq with 138 caps, overtaking Hussein Saeed)
• ngày 17 tháng 11 năm 2015 – Iraq 2–0 Chinese Taipei (Assisted the 1st goal with a cross after beating 2 players, before scoring his last ever goal for Iraq with a free-kick from 25 yards out)
• ngày 29 tháng 3 năm 2016 – Iraq 1–0 Vietnam (his last match for Iraq)