Hosogai telah mewakili Jepun di pelbagai peringkat umur. Dia merupakan ahli skuad Jepun ketika Sukan Olimpik Musim Panas 2008,[4] dan membuat penampilan sulung untuk Pasukan kebangsaan Jepun ketika kemenangan 1–0 ke atas Paraguay (bermain sebagai pemain tengah) di Stadium Saitama pada 4 September 2010, selepas pertama kali mendapat panggilan daripada pengurus sementara, Hiromi Hara dan dibawah naungan jurulatih baru, Alberto Zaccheroni.[5][6]Dia menjaringkan gol pertamanya untuk pasukan senior pada 25 Januari 2011 dalam perlawanan separuh akhir Piala Asia 2011 menentang Korea Selatan.