Mit der rumänischen Nationalmannschaft nahm Neagu an den Olympischen Spielen 2008 in Peking teil und gewann bei der Europameisterschaft 2010 in Dänemark und Norwegen, bei der sie mit 53 Treffern Torschützenkönigin wurde, die Bronzemedaille. Bei der Weltmeisterschaft 2013 war sie mit 29 Treffern, davon acht per Siebenmeter, erfolgreichste rumänische Werferin. Bei der Europameisterschaft 2014 wurde sie in das All-Star-Team des Turniers gewählt. Bei der Weltmeisterschaft 2015 wurde sie mit Rumänien Dritte. Außerdem war Neagu beste Torschützin des Turniers. Weiterhin gehörte sie dem rumänischen Aufgebot für die Olympischen Spiele in Rio de Janeiro an. Bei der Europameisterschaft 2018, bei den sie mit Rumänien den vierten Platz belegte, zog sie sich im letzten Hauptrundenspiel eine schwere Knieverletzung zu. Obwohl Neagu anschließend nicht eingesetzt werden konnte, belegte sie mit 44 Treffern den dritten Platz in der Torschützenliste.