Mang hai quốc tịch Argentina–Tây Ban Nha, Messi đủ điều kiện thi đấu cho đội tuyển quốc gia của cả hai nước. Những tuyển trạch viên cho đội U-17 Tây Ban Nha bắt đầu để ý đến anh vào năm 2003 sau khi giám đốc bóng đá của Barcelona, Carles Rexach, lên tiếng cảnh báo với Liên đoàn bóng đá Hoàng gia Tây Ban Nha về cầu thủ trẻ này. Messi đã từ chối lời đề nghị đó, anh khao khát được khoác áo La Albiceleste từ khi còn nhỏ. Để ngăn cản việc Tây Ban Nha tiếp tục lôi kéo Messi, Liên đoàn bóng đá Argentina đã tổ chức hai trận giao hữu U-20 vào tháng 6 năm 2004, với Paraguay và Uruguay, nhằm mục đích hoàn thiện tư cách cầu thủ Argentina của anh với FIFA. Năm ngày sau sinh nhật tuổi 17, vào ngày 29 tháng 6, anh có trận ra mắt đội U-20 trước Paraguay, ghi một bàn và có hai pha kiến tạo trong chiến thắng 8–0 của họ. Sau đó, anh được gọi vào đội hình tham dự Giải vô địch trẻ Nam Mỹ, được tổ chức tại Colombia vào tháng 2 năm 2005. Vì anh không có thể lực ổn định, kết quả của việc thiếu hụt hormone tăng trưởng trước đây, Messi được sử dụng như một cầu thủ vào sân thay người trong sáu trong số chín trận đấu. Sau khi được bầu là cầu thủ xuất sắc nhất trận đấu với Venezuela, anh ghi bàn thắng ấn định chiến thắng 2–1 trong trận đấu với Brazil, qua đó giành hạng ba vòng loại Giải vô địch trẻ thế giới.Nhận thức được những hạn chế về mặt thể chất, Messi đã thuê một huấn luyện viên cá nhân để tăng cường khối lượng cơ bắp của mình, trở lại đội tuyển trong thể trạng tốt nhất kịp thời cho Giải vô địch trẻ thế giới do Hà Lan đăng cai vào tháng 6 năm 2005. Sau khi anh bị loại khỏi đội hình xuất phát trong trận đấu đầu tiên với Hoa Kỳ, thua 1–0, các cầu thủ trong đội đã yêu cầu huấn luyện viên Francisco Ferraro để Messi xuất phát ngay từ đầu, vì họ coi anh là cầu thủ xuất sắc nhất của tuyển Argentina. Sau khi giúp đội tuyển đánh bại Ai Cập và Đức để vượt qua vòng bảng, Messi là nhân tố quyết định ở vòng đấu loại trực tiếp khi anh ghi bàn gỡ hòa trước Colombia, một bàn thắng và một pha kiến tạo trước Tây Ban Nha và ghi bàn mở tỷ số trước nhà đương kim vô địch Brazil. Trước trận chung kết, anh được nhận Quả bóng vàng với tư cách là cầu thủ xuất sắc nhất giải đấu. Anh thực hiện thành công hai quả phạt đền trong chiến thắng 2–1 của họ trước Nigeria, giành chức vô địch lần thứ năm của Argentina và anh còn là vua phá lưới với 6 bàn thắng. Màn trình diễn của anh được so sánh với người đồng hương Diego Maradona, người đã dẫn dắt Argentina đến chức vô địch năm 1979.
Mang hai quốc tịch Argentina–Tây Ban Nha, Messi đủ điều kiện thi đấu cho đội tuyển quốc gia của cả hai nước. Để ngăn cản việc Tây Ban Nha tiếp tục lôi kéo Messi, Liên đoàn bóng đá Argentina đã tổ chức hai trận giao hữu U-20 vào tháng 6 năm 2004, với Paraguay và Uruguay, nhằm mục đích hoàn thiện tư cách cầu thủ Argentina của anh với FIFA.