Em 29 de junho de 2021, Dovbyk estreou-se no UEFA Euro 2020, como substituto de Andriy Yarmolenko na prorrogação das oitavas de final contra a Suécia . Ele marcou o gol da vitória nos acréscimos da prorrogação para garantir uma vitória por 2 a 1 para a Ucrânia e a qualificação para as quartas de final.