Madsen stand im Kader der dänischen Nationalmannschaft für die EM 2004 in Portugal. Dort kam er im Viertelfinale gegen Tschechien beim Stand von 0:3 zum Einsatz. Insgesamt spielte Madsen 13-mal für die dänische Auswahl. Beim Freundschaftsspiel in Polen (5:1) erzielte er einen Hattrick.