Com a membre de l'equip nacional grec de seniors, Diamantidis va guanyar una medalla d'or a l'EuroBasket el 2005; mentre anclava una defensa que permetia només 59,7 punts per partit. També va marcar el tres punts que va segellar el destí del partit de semifinal contra França, pocs segons abans del timbre final del partit. També va liderar aquest torneig en assistències, i va formar part de l'equip d'EuroBasket. El 2006, va jugar un paper fonamental en una campanya de medalla de plata de la Copa del Món FIBA, amb Grècia impressionant Team USA a les semifinals, i Diamantidis va acabar com a líder de robes de la competició. Diamantidis també va ser dos vegades olímpic, ja que va portar els colors grecs el 2004 i el 2008
, i en ambdues ocasions es va guanyar el cinquè lloc del torneig, que està empatat per al millor resultat de tots els temps per a Grècia. En base als seus innombrables èxits, va ser nomenat el Jugador Mister Europa de l'Any per la revista esportiva italiana Superbasket el 2007. També va ser nomenat l'atleta masculí grec de l'any el 2007.