Reprezentacja Francji awansowała na ten turniej i wraz z Anelką w składzie została Mistrzem Europy. Piłkarz wystąpił również w wygranym przez Trójkolorowych Pucharze konfederacji 2001, w którym strzelił jednego gola. Pomimo obiecującego startu w kadrze, Anelka stracił miejsce w zespole w latach 2002-2005, głównie przez częste zmiany klubów i słabą dyspozycję strzelecką.
Dzięki dobrej postawie w Boltonie Wanderers i Chelsea, Anelka został powołany na Mistrzostwa Europy rozgrywane w Austrii i Szwajcarii. W pierwszym meczu z reprezentacją Rumunii Francuz wyszedł w podstawowym składzie i grał do 72. minuty. W następnych dwóch spotkaniach (z Holandią i Włochami) Hulk pojawiał się na boisku w drugich połowach. Ostatecznie Francuzi zajęli czwarte miejsce w grupie i pożegnali się z turniejem.
14 listopada 2009 roku Anelka zdobył jedynego gola w barażowym spotkaniu z reprezentacją Irlandii w ramach kwalifikacji Mistrzostwa Świata, czym w dużym stopniu przyczynił się do awansu swojego kraju na Mundial.
Podczas mistrzostw świata w RPA według L'Equipe Nicolas Anelka miał obrazić trenera Raymonda Domenecha w przerwie meczu z Meksykiem, za co został wyrzucony z kadry reprezentacji Francji przez federację francuską, która po mistrzostwach podjęła decyzję o zawieszeniu Anelki na 18 meczów reprezentacji.