Dovbyk maakte zijn debuut in het Oekraïens voetbalelftal op 31 maart 2021, toen een kwalificatiewedstrijd voor het WK 2022 gespeeld werd tegen Kazachstan. De Oekraïner Roman Jaremtsjoek opende de score in de eerste helft, maar na rust zorgde Serikzjan Moezjikov voor de gelijkmaker: 1–1. Dovbyk moest van bondscoach Andrij Sjevtsjenko als reservespeler aan de wedstrijd beginnen en hij viel negen minuten voor het einde van het duel in voor Mykola Sjaparenko. De andere Oekraïense debutant dit duel was Anatolij Troebin (Sjachtar Donetsk). Dovbyk werd in april 2021 door Sjevtsjenko opgenomen in de voorselectie voor het uitgestelde EK 2020. In juni nam Sjevtsjenko hem ook op in zijn definitieve selectie. Op het toernooi werd Oekraïne in de kwartfinales uitgeschakeld door Engeland (0–4), nadat in de groepsfase was verloren van Nederland (3–2) en Oostenrijk (0–1), gewonnen van Noord-Macedonië (2–1) en in de achtste finales werd na verlengingen gewonnen van Zweden (1–2). Dovbyk speelde alleen mee tegen Zweden, toen hij in de rust van de verlenging mocht invallen voor Andrij Jarmolenko. Op dat moment stond het 1–1 door doelpunten van Oleksandr Zintsjenko en Emil Forsberg. Dovbyk zorgde in de blessuretijd van de tweede helft van de verlenging voor het winnende doelpunt en daarmee zijn eerste interlandgoal.