В конце 1997 г. Денилсона приобрёл испанский клуб «Реал Бетис» из Севильи, сумма трансфера составила £ 23 млн, что стало на тот момент рекордом за всю историю мирового футбола. Контракт был заключён на 11 лет и вступал в силу по окончании первенства мира 1998 г. Покидая «Сан-Паулу», Денилсон успел «на прощанье» выиграть в его составе чемпионат штата Сан-Паулу 1998 года.

В феврале 1998 г. бразильцы заняли третье место в розыгрыше Золотого кубка КОНКАКАФ, на котором были приглашёнными гостями; Денилсон отыграл все три матча группового раунда, забил гол в ворота Сальвадора (счёт матча 4:0), а ни в полуфинале, где бразильцы проиграли США 0:1, ни в матче за 3-е место (1:0 над Ямайкой) на поле не выходил. Затем был чемпионат мира 1998, где бразильцы дошли до финала, в котором проиграли французам, хозяевам поля, со счётом 0:3; Денилсон на том мундиале появлялся на поле во всех семи играх, хотя лишь один раз вышел в стартовом составе, а в остальных шести вступал в игру со скамейки. Тем не менее, он был достаточно полезен, находясь на поле, показывал хорошую, уверенную игру, отдал две голевые передачи. Лучшими же игроками в составе бразильской команды на том турнире стали форварды Ривалдо, Роналдо и Бебето. Под конец турнира бразильцы стали играть несколько слабее, чем в начале: в полуфинале они позволили голландцам довести дело до пенальти, в серии которых переиграли их 4:2, а в финале, через пять дней, ничего не смогли противопоставить французам во главе с Зиданом. Тренер бразильцев Загалло подвергался критике за неправильное, по мнению общественности, применение Денилсона; по не вполне ясным соображениям Загалло игнорировал тот факт, что с выходами Денилсона на поле атаки бразильцев становились острее, и упорно не ставил его в стартовой состав. В Бразилии проигрыш в финале был воспринят как неудача, и Загалло был уволен со своего поста.

Потом для Денилсона начался испанский период его карьеры. «Бетис», подписавший его, был середняком Испанской Примеры. Денилсон закрепился в основе, но в первые сезоны не вполне адаптировался к испанскому футболу, позже, однако, он стал одним из лучших игроков «Бетиса». В сезоне 1998/99 «Бетис» занял 11-е место в Примере, а в сезоне 1999/2000 — и вовсе 18-е, что означало вылет в Сегунду.

После вылета Денилсон провёл некоторое время во «Фламенго» на правах аренды, а затем в декабре 2000 года возвратился в «Бетис», руководство которого решило вернуть его досрочно в связи с тем, что «Фламенго» не выполнил своих финансовых обязательств перед севильцами. «Фламенго» предлагал «Бетису» нескольких игроков вместо Денилсона, но этот вариант не устроил севильцев, которым был нужен именно их лидер и никто другой. По итогам сезона 2000/01 «Бетис» занял второе место в Сегунде (первой стала «Севилья», принципиальный соперник «Бетиса») и вернулся в Примеру. В сезоне 2001/02 «Бетис» показал неплохую игру, финишировав в Ла Лиге шестым и получив путёвку в Кубок УЕФА.

В 2001 году Денилсон сыграл на своём втором и последнем Кубке Америки. Без проблем выйдя из группы, его команда неожиданно уступила в 1/4 финала Гондурасу со счётом 0:2, дубль оформил Сауль Мартинес. Денилсон забил два мяча на групповом этапе турнира, по одному в ворота перуанцев и парагвайцев.

Затем был чемпионат мира 2002, завершившийся триумфом бразильцев. Денилсон появился на поле в пяти играх из семи проведённых его командой, во всех случаях выходил на замену, голов не забивал, но внёс немалый вклад в успех команды. В финале на 90-й минуте он заменил героя того матча и всего турнира Роналдо, дважды забившего в ворота Германии. Наряду с Роналдо, главными героями в составе бразильцев стали Ривалдо, Роналдиньо и Роберто Карлос.

В сезоне 2002/03 севильцы стали восьмыми, а в Кубке УЕФА, пройдя клубы заведомо более низкого класса — «Зимбру» (2:0; 2:1) и «Викторию» (Жижков) (1:0; 3:0), уступили в 1/16 финала «Осеру» (1:0; 0:2). В ворота «Виктории» Денилсон в гостевом матче в Праге забил гол, ставший для его команды единственным и победным, а для него самого — первым и последним в еврокубках. В сезоне 2003/04 «Бетис» занял 9-е место в первенстве. В эти годы Денилсон был одним из лидеров «Бетиса». Не отличаясь особой результативностью, он выполнял большую работу как на фланге, так и в организации атакующей игры, помогая партнёрам и подключаясь в атаки, раздавая голевые передачи. Тем не менее, по сравнению со второй половиной 1990-х уровень его игры несколько упал; принято считать, что Денилсон, одно время бывший самым дорогим и самым перспективным игроком мира, так до конца и не реализовал свой потенциал. 12 февраля 2003 года Денилсон провёл свой последний матч за сборную Бразилии — против Китая, игра завершилась вничью 0:0. То, что карьере Денилсона в сборной внезапно, всего через полгода после неплохой игры его на победном мундиале, пришёл конец, было неожиданно и связано как со спадом в его игре, так и со сменой тренера «селесао» — Сколари ушёл после ЧМ-2002, а у нового наставника, Паррейры, места в команде для Денилсона не нашлось.

Сезон 2004/05 стал последним для Денилсона в составе «Бетиса». Команда стала четвёртой в Ла Лиге и выиграла Кубок Испании. В том сезоне Денилсон потерял место в основном составе, провёл всего 10 матчей, много лечился от различных травм. Кубок того розыгрыша стал для Денилсона единственным трофеем за время его выступлений в Испании, если не считать двух предсезонных турниров Ramon de Carranza Trophy, в которых «Бетис» побеждал в 1999 и 2001 гг. В общей сложности Денилсон сыграл за «Бетис» в чемпионате Испании 186 матчей, забив 13 голов.