De 39-jarige maakte zijn 208e en laatste optreden voor Argentinië voor een uitverkochte menigte van 85.000 in het Monumental, waarmee een buitengewone internationale carrière ten einde kwam.
Messi sprak bijna 10 minuten met de supporters na de wedstrijd en gaf toe dat hij niet wilde dat het moment eindigde, terwijl teamgenoten, waaronder Manchester City-middenvelder Enzo Fernandez, zichtbaar emotioneel waren.
"Er gaan op dit moment zoveel emoties door me heen. Ik vergeet zeker veel dingen die ik zou willen zeggen omdat dit een zeer moeilijk moment voor me is," zei Messi.
"De eerste persoon die in me opkomt is mijn vader. Ik vertrek dankbaar, trots en in vrede. Bedankt voor alles."
Messi's vader, Jorge, overleed op 68-jarige leeftijd na een lange ziekte, en de wedstrijd tegen Benin was de eerste keer dat de aanvaller weer voor Argentinië speelde sinds zijn dood.
Hij had zijn internationale pensioen in augustus aangekondigd en zei dat de beslissing pijn deed, maar dat de tijd was gekomen. Zijn laatste optreden werd gemarkeerd door vuurwerk, muziek, een lasershow en een gigantisch Argentinië-shirt met zijn nummer 10 en het woord 'gracias'.
Messi's relatie met het nationale team begon in 2005, toen hij minder dan een minuut na zijn invalbeurt tegen Hongarije werd weggestuurd.
Hij werd een van de grootste spelers van Argentinië, won de Wereldbeker 2022 en twee Copa America-titels.
"Ik heb niets anders te doen dan deze shirt te bedanken," zei Messi.
"Voor 20 jaar, zelfs door de slechtste momenten heen, ben ik nooit gestopt met vechten, vooruit duwen, alles geven wat ik had en hier willen zijn."
Messi gaf toe dat het pijn zal doen om Argentinië te verlaten na twee decennia waarin hij zijn land vertegenwoordigde.
"Niet meer hier komen en niet langer bij het Argentijnse nationale team zijn, gaat veel pijn doen," zei hij. "Als het aan mij lag, zou ik hier mijn hele leven willen zijn, omdat spelen voor Argentinië het mooiste is wat er is."
De aanvaller reflecteerde ook op de inspanning die nodig was om de finale van de Wereldbeker deze zomer te bereiken.
"We kwamen heel dichtbij om het opnieuw te winnen," zei Messi. "In 2022 hadden we de droom om niet alleen mijn droom te vervullen, maar de droom van een heel land: opnieuw wereldkampioen worden. En dat hebben we gedaan."
Messi's clubcarrière gaat verder bij Inter Miami, waar hij onder contract staat tot het einde van het seizoen 2028.