Vier Jahre später erreichte er bei der Weltmeisterschaft 1962 mit den Ungarn das Viertelfinale, wo man dem späteren Finalisten Tschechoslowakei mit 0:1 unterlag. 1964 erreichte Mátrai mit der Nationalmannschaft die Finalrunde der Europameisterschaft, wo die Ungarn im Semifinale Spanien unterlagen und schließlich den dritten Platz belegten. Matrais letztes internationales Turnier war die Weltmeisterschaft 1966, wo er wieder das Viertelfinale erreichte.