Zwischen 1949 und 1953 kam Amedeo Amadei zu dreizehn Einsätzen in der italienischen Fußballnationalmannschaft. Sein erstes Länderspiel machte er am 27. März 1953 in Madrid beim 3:1-Erfolg gegen Spanien. Dabei gelang ihm sogleich ein Torerfolg. Auch bei seinem zweiten Einsatz knappe zwei Monate darauf in Florenz gegen Österreich im Rahmen des Europapokal der Fußball-Nationalmannschaften, traf er erneut. Insgesamt machte Amedeo Amadei in seinen dreizehn Länderspielen sieben Tore für Italien. Von Nationaltrainer Ferruccio Novo wurde er ins Aufgebot für die Fußball-Weltmeisterschaft 1950 in Brasilien berufen. Bei dem Turnier, das für Italien aus amtierender Weltmeister, die letzte Weltmeisterschaft war 1938 gewesen, mit dem Aus nach der Vorrunde endete, kam Amadei in einem Spiel zum Einsatz. Im Pacaembu-Stadion von São Paulo war er Teil der italienischen Mannschaft, die gegen Paraguay mit 2:0 gewann. Nach dem Spiel, in dem Amadei kein Tor erzielte, wurde er nicht mehr eingesetzt. Auch nach der Weltmeisterschaft musste er fast ein Jahr auf sein nächstes Länderspiel warten, dieses folgte am 8. April 1951 in Lissabon gegen Portugal (4:1). Mit diesem Spiel etablierte er sich wieder in der Nationalelf und kam bis zu seinem letzten Länderspiel am 17. Mai 1953 in Rom gegen Ungarns Goldene Elf (0:3) zu fünf weiteren Einsätzen in der Nationalmannschaft.