Medel debytoi Chilen maajoukkueessa huhtikuussa 2007 maalittomaan tasapeliin päättyneessä ottelussa Argentiinaa vastaan. Hän on pelannut 126 maaottelua ja tehnyt niissä seitsemän maalia. Hän on pelannut vuosien 2010 ja 2014 MM-kilpailuissa sekä vuosien 2011, 2015, 2016 ja 2019 Copa Américassa.