雅典举行的2004年奥运会中，日本队三名超龄成员之一。2000年2月5日小野伸二入选代表国家队，在香港的嘉士伯贺岁盃出战墨西哥，以0-1败阵。在2007年亚洲盃预选赛中，日本在第一场比赛中6比0战胜印度，小野伸二为球队首开纪录，同时他的进球也是自济科执教之后日本队攻进的第100个国际入球。