15 июля 2016 года исполкомом ФФУ Шевченко был утверждён на пост главного тренера сборной Украины, сменив в должности Михаила Фоменко. 5 сентября 2016 года в первом официальном матче под руководством Шевченко украинская сборная в домашнем матче сыграла вничью 1:1 со сборной Исландии. Первую победу на посту главного тренера сборной Шевченко одержал 9 октября 2016, когда Украина обыграла сборную Косова со счётом 3:0. С командой он не квалифицировался на чемпионат мира 2018 года, однако успешно прошёл квалификацию на чемпионат Европы 2020 года. На самом турнире подопечные Шевченко сумели дойти до четвертьфинала, где со счётом 0:4 уступили сборной Англии. 1 августа 2021 года Шевченко покинул свой пост.