Beliau menerima panggilan pertama oleh pasukan kebangsaan Jerman untuk senarai skuad Piala Dunia FIFA 2010. Beliau membuat debut pada perlawanan pemanasan badan Piala Dunia menentang Hungary pada 29 Mei selepas menggantikan Arne Friedrich dan beliau bermain pada kesebalasan utama pemain buat pertama kali pada perlawanan seterusnya menentang Bosnia dan Herzegovina sebelum aksi Piala Dunia. Badstuber kemudian termasuk dalam senarai akhir 23 pemain ke Piala Dunia 2010 di Afrika Selatan dan diberi jersi 14 oleh Joachim Löw. Beliau bermain sehingga tamat permainan pada perlawanan pembukaan kumpulan menentang Australia yang menyaksikan Jerman menang dengan bergaya 4-0. Beliau bermain pada perlawanan seterusnya menentang Serbia pada 18 Jun 2010. Beliau bermain selama 77 minit sebelum digantikan oleh Mario Gómez. Beliau dikritik kerana aksinya di posisi bek kiri yang menggantikan Jerome Boateng yang berehat sepanjang kejohanan. Kekalahan memalukan 1-0 kepada Serbia adalah antara perlawanan Badstuber di Piala Dunia.

Beliau bermain kesemua perlawanan Jerman di kelayakan Euro 2012 yang menyaksikan skuad Jerman memenangi kesemua perlawanan tersebut. Pada perlawanan menentang Azerbaijan pada 7 September 2010, beliau menjaringkan gol pertamanya hasil daripada sepakan penjuru oleh Mesut Özil pada minit ke-86, Jerman menang 6-1. Badstuber sebahagian daripada skuad Jerman yang melangkah ke separuh akhir sebelum tewas kepada Itali 1-2.

Pada 19 Mac 2015, Badstuber dipanggil oleh pasukan kebangsaan untuk perlawanan persahabatan menentang Australia dan kelayakan Euro 2016 menentang Georgia. Beliau bermain menentang Australia pada 25 Mac 2015. Perlawanan terakhir beliau baru-baru ini untuk Jerman ketika seri 4-4 bertemu Sweden.

Gol antarabangsa