Nama Ilham Rio Fahmi masuk dalam daftar 20 pemain timnas U-23 Indonesia yang dipanggil Shin Tae-yong untuk berlaga pada SEA Games 2021 di Hanoi, Vietnam. Adapun, Timnas U-23 Indonesia besutan Shin Tae-yong berada di Grup A.
Di Grup A, Garuda Muda bersaing dengan Vietnam selaku tuan rumah, Myanmar, Filipina, dan Timor Leste. Pada pertandingan pertama grup A kontra Vietnam, Indonesia kalah dengan skor 0-3. Ketika itu, Shin Tae-yong memberi kepercayaan kepada Ilham Rio Fahmi untuk menghuni sisi kanan pertahanan Garuda Muda.
Rio menjadi bagian dari kuartet lini belakang Timnas U-23 Indonesia bersama Fachruddin Aryanto, Rizky Ridho Ramadhani, dan juga Firza Andika. Sayangnya, Rio Fahmi dkk tak mampu membendung agresivitas Vietnam yang berhasil menyarangkan tiga gol.
Kegagalan di SEA Games 2021 Vietnam dibayar lunas pada SEA Games Kamboja 2023 dengan melaju ke babak final dan menumbangkan ambisi Thailand dengan skor 5-2 sekaligus memastikan timnas Timnas U-22 meraih medali emas sepak bola SEA Games 2023.