Tolisso debuteerde op 28 maart 2017 in het Frans voetbalelftal. Op die dag werd door doelpunten van David Silva en Gerard Deulofeu met 0–2 verloren van Spanje. Hij mocht van bondscoach Didier Deschamps in de basis starten. Tien minuten voor het einde van de wedstrijd werd hij vervangen door Thomas Lemar. De andere debutant dit duel was Tiémoué Bakayoko. In de zomer van 2018 werd Tolisso door Deschamps opgenomen in zijn selectie voor het WK in Rusland. Op het WK overleefde Frankrijk de groepsfase na overwinningen op Australië (2–1) en Peru (1–0) en een gelijkspel tegen Denemarken (0–0). In de knock-outfase werden achtereenvolgens Argentinië (4–3), Uruguay (0–2) en België (1–0) verslagen. In de finale werd Kroatië vervolgens met 4–2 verslagen. Tolisso speelde in vijf van de zeven wedstrijden mee. Tolisso maakte op 17 november 2019 zijn eerste interlanddoelpunt. Hij zette Frankrijk toen op 0–1 in een met 0–2 gewonnen kwalificatiewedstrijd voor het EK 2020 in en tegen Albanië. In mei 2021 werd hij door Deschamps opgenomen in de Franse selectie voor het uitgestelde EK 2020. Op het toernooi werd Frankrijk in de achtste finales uitgeschakeld door Zwitserland (3–3, 5–4 na strafschoppen), na in de groepsfase te hebben gewonnen van Duitsland (1–0) en te hebben gelijkgespeeld tegen Hongarije (1–1) en Portugal (2–2). Tolisso speelde mee tegen Duitsland, Hongarije en Portugal. Zijn toenmalige teamgenoten David Alaba (Oostenrijk), Robert Lewandowski (Polen), Benjamin Pavard, Kingsley Coman, Lucas Hernández (allen eveneens Frankrijk), Manuel Neuer, Joshua Kimmich, Serge Gnabry, Jamal Musiala, Niklas Süle, Leon Goretzka, Leroy Sané en Thomas Müller (allen Duitsland) waren ook actief op het EK.