Walaupun Tolisso dilahirkan di Perancis dan mewakili pelbagai pasukan remaja kebangsaan, beliau sebenarnya layak untuk mewakili Togo melalui keturunan sebelah bapanya.[39][40] Pada tahun 2016, pengurus Togo Claude Le Roy telah mendedahkan bahawa beliau cuba memujuk Tolisso untuk mewakili Togo daripada Perancis. Tolisso sebelum ini juga mengakui ikatannya dengan negara Togo tetapi beliau setia kepada Perancis dengan menyatakan bahawa; "Saya dilahirkan di sini dan dibesarkan di sini."

Dengan sebelum ini pernah mewakili Perancis di pelbagai peringkat usia, Tolisso akhirnya dipanggil oleh skuad senior buat kali pertama untuk menghadapi perlawanan menentang Luxembourg dan Sepanyol pada Mac 2017.[41] Beliau melakukan penampilan sulungnya pada 28 Mac 2017 ketika menentang Sepanyol. Dalam perlawanan itu, beliau telah digantikan oleh Thomas Lemar pada minit ke-80 yang menyaksikan Perancis tewas 2–0 dalam aksi persahabatan.[42]

Pada 17 Mei 2018, beliau telah disenaraikan ke dalam 23 pemain yang akan mewakili Perancis ke kejohanan Piala Dunia FIFA 2018 di Rusia.[43] Beliau beraksi dalam 78 minit pertama sebelum dikeluarkan ketika menentang Australia dalam perlawanan peingkat kumpulan kejohanan pada 16 Jun.[44] Tolisso tidak beraksi dalam dua perlawanan kumpulan terakhir menentang Peru[45] dan Denmark.[46] Pada 30 Jun, beliau telah menggantikan Blaise Matuidi pada minit ke-75 permainan semasa Perancis menewaskan Argentina 4-3 pada pusingan 16 terbaik.[47] Pada 6 Julai, Tolisso beraksi sebagai kesebelasan utama Perancis semasa berentap menentang Uruguay pada peringkat suku akhir. Beliau telah membantu jaringan gol Antoine Griezmann sekali gus membantu Perancis untuk meraih kemenangan 2–0.[48] Dalam perlawanan separuh akhir menentang Belgium, beliau telah menggantikan Matuidi pada minit ke-86 yang berakhir dengan kemenangan Perancis 1-0 pada 10 Julai.[49] Pada 15 Julai, Tolisso tampil pada minit ke-73 perlawanan dan sekali lagi menggantikan Matuidi pada perlawanan akhir menewaskan Croatia 4-2 sebelum mereka meraih gelaran Piala Dunia kedua.[50] Pada 17 November 2019, Tolisso menjaringkan gol sulungnya untuk Perancis semasa mengalahkan Albania 2-0 pada perlawanan kelayakan UEFA Euro 2020.[51]