Während seines Wehrdienstes kam Lucien Cossou in der Militärnationalmannschaft zum Einsatz, mit der er im Juli 1957 in Argentinien zusammen mit seinen späteren Stürmerkollegen aus Monaco, Douis und Théo, sogar Weltmeister wurde. Zwischen Dezember 1960 und April 1964 (Ungarn) bestritt er sechs A-Länderspiele für Frankreich, in denen er vier Tore erzielte, das erste davon gleich bei seinem Debüt im WM-Qualifikationsspiel gegen Bulgarien. Dennoch folgte anschließend eine Unterbrechung von zweieinviertel Jahren, bevor er 1963 erneut eingesetzt wurde: beim EM-Vorrundenspiel gegen England steuerte er sogar zwei Treffer zum in Frankreichs Presse bereits als „Wiedergeburt des gallischen Hahns“ gefeierten 5:2-Sieg bei. Anschließend lief er auch in zwei Freundschaftsbegegnungen gegen die Niederlande und Brasilien sowie, im EM-Achtelfinale, erneut gegen Bulgarien für die "Équipe tricolore" auf. Im folgenden EM-Viertelfinale gegen Ungarn gelang ihm wieder ein Tor, aber Frankreich unterlag den Magyaren im Stade Olympique Yves-du-Manoir von Colombes mit 1:3 und verpasste dadurch das Endrundenturnier dieses Wettbewerbs. Danach wurde Cossou von Nationaltrainer Henri Guérin – mit dem er in seiner ersten Profisaison bei der AS Aix noch in einer Mannschaft gestanden hatte – nicht wieder berücksichtigt.