Szemsov bekerült az oroszok 2002-es vb-re utazó keretébe. A tornán nem eredeti posztján, hanem balszélsőként kellett játszania, ezért gyenge teljesítményt nyújtott. A 2004-es Eb-re is behívót kapott, de csak az utolsó csoportmeccsen kapott lehetőséget, Oroszország pedig kiesett. Részt vett a 2008-as Európa-bajnokságon is. Első gólját 2009. augusztus 12-én, Argentína ellen szerezte. 2012. május 25-én behívót kapott a 2012-es Eb-re.