Osorio wirkte ferner bei der Copa América 2004 mit, bei der ihm am 7. Juli 2004 in einem Spiel gegen Uruguay (2:2) sein erstes und bisher einziges Länderspieltor gelang. Ferner spielte er beim Konföderationen-Pokal 2005 mit und bestritt alle Spiele Mexikos bei der Fußball-Weltmeisterschaft 2006. Nach der WM bestritt er alle Spiele beim CONCACAF Gold Cup 2007, wo Mexiko im Finale gegen den Gastgeber USA mit 1:2 unterlag, und wirkte in den Qualifikationsspielen zur Fußball-Weltmeisterschaft 2010 mit.