Nasazzi giocò inoltre ben 63 partite (di cui 39 ufficiali) con la nazionale uruguaiana. Con la maglia della "Celeste" vinse, tutti da capitano, due titoli olimpici (nel 1924 e nel 1928), quattro Campionati Sudamericani (l'equivalente dell'attuale Copa América; 1923, 1924, 1926 e 1935) e il titolo mondiale nel 1930, giocando da titolare e protagonista del primo Mondiale. Questi successi fanno di lui il calciatore con più titoli internazionali conseguiti con la propria nazionale (7), al pari dei connazionali Héctor Scarone e Ángel Romano.