طبع محمد الشلهوب بصمته مع المنتخب السعودي، وقدّم أوراق اعتماده على الصعيد الدولي، منذ بداية مشاركاته الرسمية مع الأخضر في عام 2000، إذ سافر مع البعثة السعودية إلى لبنان للمشاركة في نهائيات كأس آسيا حينها وهو في الـ 20 من العمر.
وانتظر المنتخب السعودي حتى الجولة الأخيرة من دور المجموعات ليضمن تأهله إلى الدور ربع النهائي، وذلك بعد اكتساحه لمنتخب أوزباكستان في مدينة صيدا بخماسية نظيفة كان بطلها الشلهوب، الذي سجل هدفه الدولي الأول في الدقيقة 35، قبل أن يضيف هدفين في الدقيقتين 78 و86، ليسجّل الـ "هاتريك" الوحيد للأخضر في تاريخ البطولة القارية.
وشارك الشلهوب في جميع المباريات خلال نسخة عام 2000 باستثناء المباراة الافتتاحية أمام اليابان، كما دخل بديلاً مطلع الشوط الثاني في المباراة النهائية أمام اليابان أيضاً، التي خسرها المنتخب السعودي بهدف دون رد.
ونجح 16 لاعباً في تسجيل 3 أهداف أو أكثر في مباراة واحدة طوال تاريخ كأس آسيا، لكن الشلهوب كان أول لاعب عربي يحقق هذا الإنجاز، قبل أن يسجل البحريني إسماعيل عبداللطيف ثلاثية في شباك الهند عام 2011، وصولاً إلى الأردني حمزة الدردور الذي سجل 4 أهداف بشباك فلسطين في النسخة الماضية.