Kagawa merupakan ahli skuad Pasukan bola sepak kebangsaan bawah-20 Jepun ketika Piala Dunia B-20 FIFA 2007 yang diadakan di Kanada.[5]

Pada tahun 2008, beliau juga dipilih sebagai ahli skuad Jepun untuk Olimpik Musim Panas 2008.[6]Pada 24 Mei 2008, beliau membuat kemunculan antarabangsa senior sulungnya ketika perlawanan persahabatan Piala Kirin. Jepun menang perlawanan itu menentang Ivory Coast dengan keputusan 1–0. Beliau tidak dipilih oleh Takeshi Okada dalam skuad 23 akhir untuk Piala Dunia 2010 di Afrika Selatan. Pada bulan September 2010, beliau menjaringkan satu-satunya gol perlawanan ketika Jepun menang ke atas Paraguay di Yokohama.[7] Kagawa mengambil masa lima bulan untuk pulih daripada kecederaan daripada Piala Asia. Beliau kembali ke perlawanan terakhir Dortmund sebagai gantian pada minit ke 87. Beliau dinamakan dalam skuad 23 pemain untuk Piala Konfederasi 2013 dan menjaringkan gol kedua untuk negaranya ketika perlawanan peringkat kumpulan menentang Itali yang berakhir dengan kekalahan 4–3.

Piala Asia 2011

Beliau dimasukkan dalam skuad Piala Asia 2011 oleh jurulatih, Alberto Zaccheroni.[8] Ketika perlawanan suku akhir menentang Qatar, beliau menjaringkan dua gol. Perlawanan berakhir dengan Jepun menang 3–2.[9] Ketika perlawanan separuh akhir menentang Korea Selatan , Kagawa patah tulang metatarsal[10] dan terlepas perlawanan akhir dimana Jepun menewaskan Australia selepas masa tambahan.