Im August 2016 wurde Baumgartlinger zum Mannschaftskapitän der Nationalmannschaft als Nachfolger des zurückgetretenen Christian Fuchs ernannt. Im Mai 2021 wurde er in den vorläufigen Kader Österreichs für die EM 2021 berufen und schaffte es schlussendlich auch wieder in den endgültigen Kader, mit dem er bis zum Achtelfinale kam. Während des Turniers kam er zu einem Kurzeinsatz.