9月9日，在日本国家队对阵主场对阵委内瑞拉的友谊赛中，武藤嘉纪打入1粒进球，帮助日本以2：2的比分战平委内瑞拉。2014年12月15日，武藤嘉纪入选日本国家队征战2015年亚洲杯大名单。2015年1月20日，在亚洲杯小组赛D组第三轮日本国家队对阵约旦的比赛中，武藤嘉纪在比赛第82分钟助攻香川真司破门，帮助日本以2：0的比分战胜约旦。2015年10月13日，在日本国家队客场对阵伊朗的友谊赛中，武藤嘉纪在比赛第48分钟打入1粒进球，帮助日本1：1战平伊朗。2018年6月28日，在2018年世界盃