Ein Jahr später nominierte ihn Trainer Dunga dann für die Weltmeisterschaft in Südafrika. Robinho schoss während Brasiliens Qualifikation vier Tore. Im 23-Mann-Kader war Robinho, hinter den im selben Jahr geborenen Nilmar und Thiago Silva und dem zwei Jahre jüngeren Ramires, viertjüngster Akteur der Mannschaft. Während des Turniers traf Robinho zweimal. Darunter auch das 1:0 gegen die Niederlande, die dann jedoch das Spiel drehte und Brasilien aus dem Turnier warf. Nach der für die brasilianische Nationalmannschaft enttäuschend verlaufenden WM in Südafrika, kam es unter Neu-Trainer Mano Menezes zu einem Umbruch in der Mannschaft. Menezes nominiert fortan vor allem jüngere Spieler, setzte dabei aber noch immer auf Robinho, der zum Führungsspieler aufstieg. Im Sommer 2011 wurde der Stürmer für die Copa América in Argentinien nominiert. Nachdem er bei der WM 2010 noch einer der jüngsten war, gehörte er bei der Copa’11 zu den erfahrensten Akteuren im Aufgebot der Seleção. Inzwischen waren elf Mannschaftskameraden jünger als Robinho. Für die WM 2014 wurde er von Luiz Felipe Scolari nicht berücksichtigt, sein Nachfolger Dunga berief Robinho nach der Verletzung von Hulk für das erste Spiel nach der WM und Robinho wurde in der 77. Minute eingewechselt. Seit einem einzigen Einsatz 2017 für die brasilianische Nationalmannschaft ist er nicht mehr Teil deren Kaders.