W 1944 roku Flavio Costa został selekcjonerem reprezentacji Brazylii i prowadził ją do 16 lipca 1950 roku. W 1949 roku zdobył z ekipą canarinhos Copa América 1949. W 1950 roku prowadził Brazylię na mistrzostwach świata, które odbywały się na jej stadionach. Brazylia zdobyła tytuł wicemistrzostwo świata, przegrywając w decydującym meczu grupy finałowej z Urugwajem, który był rozegrany w Rio de Janeiro na Maracanie w obecności 200-tysięcznej publiczności. Równolegle z pracą z reprezentacją prowadził Flamengo w 1946 i CR Vasco da Gama, z którym zdobył mistrzostwo stanu Rio de Janeiro – Campeonato Carioca w 1947, 1949, 1950 oraz Klubowy Puchar Ameryki Południowej w 1948 roku.
Potem ponownie trenował CR Flamengo 1951–1952 oraz CR Vasco da Gama, ale nie osiągnął już sukcesów. 13 listopada 1955 na jeden mecz z Paragwajem wrócił na stanowisko selekcjonera Brazylii. Trzecią przygodę z reprezentacją zaliczył w kwietniu 1956 roku, gdy prowadził canarinhos w meczach z reprezentacją okręgu Pernambuco oraz z Portugalią. Łączny bilans jego pracy z reprezentacją Brazylii to 56 meczów, w tym 35 zwycięstw, 9 remisów i 12 porażek, przy bilansie bramkowym 160-60. W 1956 roku Costa opuścił Brazylię i został trenerem FC Porto.