Berikutan persembahannya yang memuaskan di Serie A, ketua jurulatih Argentina iaitu Diego Maradona memanggil Pastore untuk perlawanan persahabatan tidak rasmi menentang Catalonia pada 22 Disember 2009. Pastore tampil sebagai pemain gantian pada separuh masa kedua dan turut menjaringkan gol. Namun perlawanan tersebut tidak diiktiraf oleh FIFA menyebabkan Pastore masih tidak melakukan penampilan sulungnya untuk skuad Argentina.

Pastore dipanggil oleh Maradona sekali lagi untuk perlawanan persahabatan menentang Jerman namun beliau gagal untuk beraksi. Penampilan sulungnya untuk Argentina ialah pada 25 Mei 2010 ketika menentang Kanada. Pastore kemudian disenariakan ke dalam skuad Piala Dunia 2010 oleh Maradona.[18] Pada 22 Jun, beliau melakukan penampilan sulungnya di pentas Piala Dunia apabila menggantikan Sergio Agüero pada minit ke-77 ketika menentang Greece. Pada 27 Jun, beliau sekali lagi menjadi pemain gantian ketika menentang Mexico dengan menggantikan Maxi Rodríguez pada minit ke-87.

Pastore telah dipilih oleh pengurus Sergio Batista untuk skuad Copa América 2011 yang berlangsung di tanah airnya sendiri.[19] Argentina kemudiannya disingkirkan oleh juara kejohanan iaitu Uruguay menerusi penentuan penalti pada peringkat suku akhir.[20]

Pastore menjaringkan gol antarabangsanya yang pertama pada 31 Mac 2015 dalam satu perlawanan persahabatan menentang Ecuador.[21] Pada tahun yang sama, Pastore telah dipilih oleh jurulatih Gerardo Martino untuk skuad Copa América 2015 dan beliau tampil dalam perlawanan pembukaan menentang Paraguay.[22] Di peringkat separuh akhir, Pastore menjaringkan gol kedua Argentina dan membantu jaringan Ángel Di María sekali gus memastikan Argentina menewaskan Paraguay 6-1 dan mara ke peringkat akhir kejohanan.[23] Dalam perlawanan akhir menentang tuan rumah Chile, Pastore telah dikeluarkan dan digantikan oleh Éver Banega pada minit ke-81. Keputusan tetap terikat seri biarpun diheret ke masa tambahan, Chile akhirnya meraih kemenangan menerusi penentuan penalti.[24]

Pada tahun 2016, Pastore telah dimasukkan ke dalam skuad Argentina bagi kejohanan Copa América Centenario.[25] Argentina berjaya melangkah ke final namun sekali lagi tewas kepada Chile menerusi penentuan penalti.[26]