Ezt a szezont az egyesület még csak a harmadik helyen fejezte be, de a következő pontvadászatban nagy fölénnyel végzett az élen a bajnokságban, ráadásul a nemzetközi porondon is menetelt. A Porto akkor még "csak" az UEFA-kupában szerepelt, ahol sorra vette az akadályokat, és beverekedte magát a fináléba.
Carvalhónak felemás szezonja volt: eleinte a Charlton Athletictől visszatért csapatkapitány, Jorge Costa miatt szorult a kispadra, később pedig sérülés miatt kellett kihagynia meccseket, de az idény végére már visszakerült a kezdők közé. A bajnokság 26. fordulójában győztes gólt ért el a CD Nacional ellen, és tavasszal már rendszeresen ott volt a csapatban az UEFA-kupában - többek között a Celtic FC elleni fináléban is, ahol a Sárkányok 3-2-re nyerni tudtak.
A következő idényben Carvalho helye már megkérdőjelezhetetlen volt a kezdők között, és teljesítményére a nemzeti csapatnál is felfigyeltek, Luiz Felipe Scolari meghívta a nagyválogatottba, és a védő 2003 októberében Albánia ellen debütált a címeres mezben. Persze nem lehetett őt figyelmen kívül hagyni, hiszen a Porto nem csak a hazai bajnokságban, hanem a Bajnokok Ligájában is kiválóan szerepelt, és a középhátvéd hétről hétre Európa legjobbjai ellen bizonyított.
És a góllövésbe is egyre jobban belejött: a bajnokságban mindkét találata három pontot ért a klubnak (a 10. fordulóban a CD Nacional, a 30. játéknapon pedig a CS Marítimo ellen nyert 1-0-ra a Porto az ő góljával), a BL-ben pedig az Olympique Lyon elleni negyeddöntőben fejelt a hálóba. A Porto végül úgy jutott a Bajnokok Ligája fináléjába, hogy Carvalho egyetlen másodpercet sem hagyott ki, és természetesen a finálét is végigjátszotta - ahol a portugálok magabiztosan, 3-0-ra verték azt AS Monacót.