Nadat hij zich eerder al als een van de sterkhouders in de Tsjechische jeugdelftallen had getoond, mocht hij op 31 maart 2004 ook voor de eerste keer het shirt van het Tsjechisch voetbalelftal aantrekken. Onder bondscoach Karel Brückner speelde hij tegen Ierland zijn eerste 22 minuten. Hij werd vervolgens regelmatig opgeroepen voor het Tsjechische team en zat in de selectie voor het EK 2004, het WK 2006 in Duitsland en het EK 2008. Hij nam met Tsjechië ook deel aan het Europees kampioenschap voetbal 2012 in Polen en Oekraïne, waar de ploeg van bondscoach Michal Bílek in de kwartfinales werd uitgeschakeld door Portugal door een rake kopbal van Cristiano Ronaldo. Plašil nam ook met Tsjechië deel aan het Europees kampioenschap voetbal 2016 in Frankrijk. Samen met aanvoerder Tomáš Rosický en doelman Petr Čech vormde hij het meest ervaren trio van de selectie, met ieder meer dan honderd gespeelde interlands. Na nederlagen tegen Spanje (0–1) en Turkije (0–2) en een gelijkspel tegen Kroatië (2–2) was Tsjechië uitgeschakeld in de groepsfase. Na de uitschakeling tegen Turkije kondigde hij zijn afscheid aan als international. Hij speelde in totaal 103 interlands (7 goals) voor zijn vaderland.