2007年，迪马利亚入选了阿根廷U-20参加在巴拉圭举行的2007年南美青年足球锦标赛。随后，他获选参加在加拿大举行的2007年世界青年足球锦标赛，在整项赛事中取得3个进球。

2008年1月28日，迪马利亚入选了奥运队，代表阿根廷队出战2008年夏季奥林匹克运动会男子足球比赛。他在四分之一决赛的加时赛第105分钟攻入致胜的一球，协助阿根廷队以2-1战胜荷兰。

2008年8月23日，在对阵尼日利亚的决赛中，迪马利亚在第57分钟接梅西助攻攻进一球，结果阿根廷以1-0击败了尼日利亚，成功卫冕奥运会冠军。

迪马利亚也入选阿根廷大国脚，出战2010年世界杯预选赛。2010年5月24日，与加拿大的友谊赛踢进作为国家队一员的第一颗球。

2010年，迪马利亚入选2010年世界杯阿根廷国家队23人名单之中，背号7号。

2011年入选2011年美洲杯阿根廷国家队名单。

2014年，迪马利亚入选2014年世界杯阿根廷国家队23人名单之中，背号7号。1/4决赛对比利时后受伤，本人希望带伤上场决赛，但皇家马德里却发信要求阿根廷不派迪马利亚出战决赛。[4]

2015年入选2015年美洲杯阿根廷国家队23人名单。

2016年百年美洲杯代表阿根廷首发，在小组赛赛程中受伤退场，在决赛对阵智利时火线复出但状态不佳。

2018年，迪马利亚入选2018年世界杯阿根廷国家队23人名单之中，背号11号。在对战法国时在一次进攻中，于禁区外32码处获队友传球，迪马利亚立即起脚射门打入一脚世界波，为该届赛事最远的长射。

2021年6月，迪马利亚入选了阿根廷参加2021年美洲国家杯的大名单。 7月10日，他在决战中以1-0战胜巴西的比赛中打进了致胜球，最终帮助阿根廷队获得美洲杯冠军。[12]

2022年5月，在帮助阿根廷以不败战绩结束南美世预赛后，迪马利亚接受采访，表示自己将在世界杯后退出国家队。

2022年11月，迪马利亚入选2022年世界杯阿根廷国家队26人名单。

2022年12月，阿根廷获得了世界杯。在决赛上半场，制造一球点球并取得一球进球，阿根廷队最终点球大战夺冠，迪马利亚也成为史上首位在奥运会决赛、洲际杯赛决赛（美洲杯、欧美杯）和世界杯决赛中都取得进球的球员。[13]赛后，迪马利亚撤回从国家队退役的决定，表示希望以世界杯冠军身份再踢几场比赛。

2023年2月，三星阿根廷公布了他们的首期大名单，梅西与迪马利亚在列，两人已连续14年一同入选国家队。3月23日，在对阵巴拿马的热身赛中，迪马利亚再次首发登场。3月29日，在对阵库拉索的热身赛中，迪马利亚为阿根廷制造一粒点球，已上演帽子戏法的梅西将点球主罚权交给迪马利亚，后者主罚命中。阿根廷最终以7-0的比分屠杀库拉索，为世界杯夺冠系列庆祝活动掀起又一个高潮。

2023年5月27日，阿根廷国家队公布亚洲巡回赛对阵澳大利亚（在中国进行）和印度尼西亚的大名单，迪马利亚在列。

2024年美洲杯后，迪玛利亚退出阿根廷国家队。[14]