Helmikuussa 2018 Koemanista tuli Alankomaiden maajoukkueen päävalmentaja. Koemanin johdolla Alankomaat selvitti tiensä EM2020-lopputurnaukseen. Arvokisapaikka oli Alankomaille ensimmäinen sitten vuoden 2014. Koronaviruksen siirrettyä EM-lopputurnauksen kesään 2021 Koeman ei päässyt valmentamaan joukkuettaan arvoturnauksessa. Hän jätti tehtävänsä elokuussa ja siirtyi FC Barcelonan päävalmentajaksi kaksivuotisella sopimuksella.