No dia 18 de junho de 2018, na estreia da seleção belga na Copa do Mundo, Lukaku marcou dois gols na vitória sobre o Panamá, o primeiro ao receber assistência de Kevin De Bruyne e o segundo ao ser lançado em profundidade por Eden Hazard. No segundo jogo, fez mais dois gols e se igualou a Cristiano Ronaldo, na goleada de 5 a 2 da Bélgica em cima da Tunísia. Em 2019 chegou aos 50 gols pela Seleção ao marcar na goleada de 9 a 0 contra San Marino, assegurando a Bélgica na Euro 2020.