Để ghi nhận thành tích của anh với đội U-20, huấn luyện viên đội tuyển quốc gia José Pékerman đã triệu tập Messi lần đầu tiên trong trận giao hữu với Hungary vào ngày 17 tháng 8 năm 2005. Ở tuổi 18, Messi có trận ra mắt đội tuyển Argentina trên sân vận động Ferenc Puskás khi anh vào sân ở phút 63, bị đuổi khỏi sân chỉ sau hai phút vì pha phạm lỗi với Vilmos Vanczák, người đã túm áo anh; Messi đã vung cánh tay của mình vào mặt Vanczák trong khi đang cố gắng đẩy hậu vệ này ra, mà trọng tài giải thích đó là hành động thúc cùi chỏ có chủ ý, một quyết định gây tranh cãi. Messi được cho là đã khóc trong phòng thay đồ sau khi rời sân. Anh trở lại đội tuyển vào ngày 3 tháng 9 sau trận thua Paraguay ở vòng loại World Cup. Messi ra sân trong trận đấu với Peru cũng tại vòng loại World Cup, trong đó anh đã thực hiện thành công một quả phạt đền quan trọng giúp đội tuyển chiến thắng. Sau trận đấu, Pékerman mô tả anh như "một viên ngọc quý". Sau đó, anh ra sân thường xuyên cho đội tuyển trước khi tham dự FIFA World Cup 2006, ghi bàn thắng đầu tiên trong trận giao hữu với Croatia vào ngày 1 tháng 3 năm 2006. Chấn thương gân khoeo kéo dài một tuần sau đó đã khiến anh có nguy cơ vắng mặt ở World Cup, nhưng Leo vẫn được gọi vào đội hình của Pékerman và kịp thời lấy lại thể lực để bước vào giải đấu.Trong kỳ World Cup ở Đức, Messi đã chứng kiến trận thắng mở màn của họ trước Bờ Biển Ngà trên băng ghế dự bị. Trong trận đấu tiếp theo, gặp Serbia và Montenegro, anh trở thành cầu thủ trẻ nhất thi đấu cho Argentina tại FIFA World Cup khi vào sân thay người ở phút 74. Anh ghi bàn thắng thứ tư trong vòng vài phút và ghi bàn thắng cuối cùng trong chiến thắng 6–0 của họ, giúp anh trở thành cầu thủ trẻ nhất ghi bàn tại giải đấu và là cầu thủ trẻ thứ sáu ghi bàn trong lịch sử World Cup. Khi họ đã chắc suất vào vòng loại trực tiếp, một số cầu thủ xuất phát đã được cho nghỉ trong trận đấu cuối cùng vòng bảng. Do đó, Messi ra sân ngay từ đầu trong trận đấu với Hà Lan, với tỷ số hòa 0–0, họ đứng đầu bảng của mình nhờ hiệu số bàn thắng bại. Trong trận đấu vòng 16 đội với Mexico, diễn ra đúng vào ngày sinh nhật tuổi 19 của anh, Messi vào sân ở phút 84, với tỷ số hòa 1–1. Anh đã ghi một bàn thắng, nhưng nó đã bị việt vị, bàn thắng muộn trong hiệp phụ giúp đội tuyển tiếp tục cuộc hành trình tại World Cup. Anh không thi đấu trong trận tứ kết với Đức, trận đấu mà Argentina bị loại với tỷ số 4–2 trong loạt sút luân lưu. Trở về quê nhà, quyết định để Messi lên băng ghế dự bị của Pékerman trong trận gặp Đức dẫn đến sự chỉ trích từ những người tin rằng Messi đã có thể thay đổi kết quả trận đấu theo hướng có lợi cho Argentina.
Để ghi nhận thành tích của anh với đội U-20, huấn luyện viên đội tuyển quốc gia José Pékerman đã triệu tập Messi lần đầu tiên trong trận giao hữu với Hungary vào ngày 17 tháng 8 năm 2005. Anh ghi bàn thắng thứ tư trong vòng vài phút và ghi bàn thắng cuối cùng trong chiến thắng 6–0 của họ, giúp anh trở thành cầu thủ trẻ nhất ghi bàn tại giải đấu và là cầu thủ trẻ thứ sáu ghi bàn trong lịch sử World Cup.