Tuy nhiên, việc trung vệ đá chính Ezequiel Garay không đảm bảo thể lực đã tạo cơ hội cho Demichelis ra sân ngay từ đầu bên cạnh Nicolas Otamendi ở trung tâm hàng thủ Argentina. Và ngạc nhiên hơn nữa là Demichelis đã chơi cực tốt để ngăn chặn các cầu thủ tấn công to khỏe của Paraguay, dù anh đã 34 tuổi.
Được chơi trận Bán kết Copa America là điều mà Demichelis không nghĩ tới trước khi giải đấu diễn ra, nhưng đây cũng chỉ là một diễn biễn nữa trong sự nghiệp đầy thăng trầm của anh với Albiceleste.
Ngày 17/5/2006, Demichelis đã bật khóc trong một cuộc phỏng vấn trên truyền hình. "Tôi không còn khát khao chơi bóng, hay sống trên đời này nữa", Demichelis nói sau khi được biết rằng mình sẽ không có tên trong danh sách 23 cầu thủ Argentina tham dự World Cup 2006 trên đất Đức cho dù anh vừa trải qua một mùa bóng tuyệt vời với Bayern Munich.
Việc Jose Pekerman loại một Demichelis đang ở đỉnh cao phong độ để đem lão tướng Roberto Ayala (khi đó 33 tuổi) tới Đức là một cú sốc lớn với trung vệ của Bayern. Tuy vậy, chỉ 2 năm sau, Demichelis đã có mặt trong thành phần Olympic Argentina của HLV Batista (với tư cách một trong 3 cầu thủ quá tuổi) giành HCV Olympic Bắc Kinh 2008.
Và kể từ đó, Diego Maradona đã dành luôn một suất đá chính ở trung tâm hàng thủ cho Demichelis ở đội tuyển Argentina. Đội hình chính của Maradona khi đó rất rõ ràng với: Romero, Jonas Gutierrez, Demichelis, Samuel, Heinze, Mascherano, Veron, Di Maria, Messi, Tevez và Higuain.
Đó là đội hình đã đánh bại Nigeria 1-0 ở trận mở màn World Cup 2010, nhưng sau đó thua thảm 0-4 trước Đức ở vòng Tứ kết. Demichelis đã chơi tệ ở trận đấu này, nhưng đó cũng là màn trình diễn chung của cả đội. Tuy nhiên, Demichelis vẫn mất chỗ trong thành phần tuyển Argentina dự Copa America 2011 trên sân nhà.
Argentina sớm bị loại từ Tứ kết và Batista bị sa thải, nhường chỗ cho Alejandro Sabella. Dưới triều đại mới của Sabella, Demichelis đã chiếm lại suất đá chính cho dù anh đã rời Bayern để khoác áo Malaga. Cho tới ngày 11/11/2011, Demichelis vẫn là trung vệ đá chính mỗi lần Argentina ra sân.
Nhưng định mệnh dường như lại trêu ngươi Demichelis khi anh mắc sai lầm nghiêm trọng trong trận đấu với Bolivia ở Monumental, tạo điều kiện cho Marcelo Moreno Martins ghi bàn gỡ hòa 1-1. Argentina bị la ó ngay trên sân nhà và Demichelis được chỉ ra là "tội đồ".
Sự nghiệp quốc tế của Demichelis trong màu áo Trắng xanh tưởng như đã dừng lại thì HLV Sabella lại gây bất ngờ khi triệu tập anh (khi đó đang khoác áo Man City) dự World Cup 2014. Demichelis ban đầu không góp mặt ở đội hình xuất phát nhưng phong độ kém của Fernandez đã giúp anh chiếm một suất đá chính từ vòng Tứ kết. Demichelis đã giữ chặt nó cho tới trận Chung kết và điều quan trọng là anh đều chơi tốt.
Và bây giờ, ở tuổi 34, Demichelis vẫn được dự Copa America và anh đã chứng tỏ rằng mình vẫn có thể đóng vai chính tại Albiceleste.