14 октября 2015 года в отборочном матче чемпионата мира 2018 против сборной Парагвая Дибала дебютировал за сборную Аргентины, заменив во втором тайме Карлоса Тевеса.
В 2018 году Дибала принял участие в чемпионате мира в России. На турнире он сыграл в матче против команды Хорватии.
20 ноября 2018 года в поединке против сорной Мексики Дибала забил свой первый гол за национальную команду.
