Gobernador de Brasil entre 1602 y 1608. En 1604 encabezó la defensa de Bahía frente al ataque del pirata holandés Paulus van Caarden.

Según Frei Vicente Salvador, el nombramiento de Diogo Botelho como governador-geral solo fue posible después del casamiento de Diogo Botelho con una hermana de Pedro Álvares Pereira, secretario de la corte de los Habsburgo, Maria Pereira, hija de Nuno Álvares Pereira de Morais y de Isabel de Mariz. Durante la disputa sucesoria entre Felipe II y Antonio, Prior de Crato, Diogo Botelho, junto al conde de Vimioso, fue uno de sus principales valedores. D. Antonio le nombró capitán de Setubal, ciudad conquistada por el Duque de Alba en 1580, dejando a Botelho en prisión. Según Guida Marques en 1581, a este Diogo Botelho, conocido como "o moço" para distinguirlo de su primo "o Velho" le amnistiaron con dificultades. Las fuentes son confusas. Según algunas Diogo Botelho se mantuvo al lado de D. Antonio hasta la muerte de este en 1595, reconciliándose con los Habsburgo unos años después, pero es posible que este sea "o Velho", el homónimo. Frei Vicente, p. 161 Sin embargo, según otras fuentes, ya en 1582 Felipe II le concede una comenda de S. Giao de Azurara, habiendo sido exonerado de su prisión por el indulto de 18 de abril de 1581, que, sin embargo, no exoneró a su primo de mismo nombre, Diogo Botelho "o velho", que también apoyó al prior de Crato. Estaba en la corte en 1598, cuando murió su esposa en Madrid. 

Seu sogro, Nuno Álvares Pereira, foi secretário do Conselho de Portugal entre 1583 e 1586. Seu cunhado, Pedro Álvares Pereira, foi secretário do mesmo Conselho entre 1583 e 1602, quando tornou-se conselheiro, cargo que ocupou até 1621, foi conselheiro de Estado entre 1621 e 1622 e membro da Junta da Fazenda de Portugal, entre 1602 e 1607. Recebeu, em retribuição a um sítio dado ao Duque de Lerma, Serra Leoa como donataria.