Papaloukas auttoi johtamaan Kreikan maajoukkuetta EuroBasketin mestaruuteen vuonna 2005 sekä FIBA-maailmancupin hopeamitalin saamiseen vuonna 2006, kun hän tuli aina Kreikan maajoukkueen penkiltä. Hänet valittiin turnauksen parhaaseen joukkueeseen molemmissa kilpailuissa. Papaloukas osallistui kahteen olympialaisiin, vuosina 2004 ja 2008
, kun Kreikka pääsi molemmissa tilaisuuksissa henkilökohtaisessa kaikkien aikojen parhaassa viidennessä sijassa. Vuonna 2006 hänet nimitettiin FIBA:n Euroopan vuoden pelaajaksi.