Den größten Erfolg seiner Karriere konnte Pietro Serantoni jedoch mit der italienischen Nationalmannschaft feiern, für die er am 12. Februar 1933, beim 3:2-Sieg im Länderspiel in Belgien debütierte. Für die Weltmeisterschaft 1934 im eigenen Land wurde Serantoni nicht nominiert. Nach vier Einsätzen zwischen 1933 und 1934, darunter auch dem legendären "Battle of Highbury" gegen England, bestritt der Venezianer bis November 1936 keine Länderspiele mehr. Danach war er jedoch, vor allem 1937 und 1938, Stammspieler in der "Squadra Azzurra" und absolvierte bei der WM 1938 in Frankreich, die er mit Italien unter Trainer Vittorio Pozzo gewann, alle vier Partien. Sein letztes Länderspiel für die "Azzurri" absolvierte Pietro Serantoni am 13. Mai 1935 beim 2:2 im Heimspiel gegen England.