Papaloukas aitas Kreeka rahvuskoondisel 2005. aastal võita EuroBasket'i tiitli ning 2006. aastal FIBA maailmameistrivõistluste hõbemedaali. Ta valiti mõlemas võistlusel turniiri parimaks meeskonnaks. Papaloukas osales kahel olümpiamängul, 2004. ja 2008. aastal.
, kus Kreeka lõpetas mõlemal korral oma kõigi aegade parimast viiendast positsioonist. 2006. aastal nimetati ta FIBA Euroopa aasta meesmängijaks.