Seit 2005 erhielt Patrick Reimer immer wieder Berufungen für Spiele der deutschen Eishockeynationalmannschaft. Erstmals an einer Weltmeisterschaft nahm er für Deutschland im Jahr 2011 teil, wo er beim Sieg über die russische Eishockeyauswahl seinen ersten WM-Treffer erzielen konnte. Auch bei den Weltmeisterschaften 2012 und 2015 lief Reimer für Deutschland auf's Eis. Der im Sommer 2015 neu berufende Trainer der Eishockeynationalmannschaft Marco Sturm ernannte ihn im selben Jahr zum Kapitän des deutschen Teams. Bei der Weltmeisterschaft 2016 sowie dem erfolgreichen Qualifikationsturnier für die Teilnahme an den Olympischen Winterspielen 2018 spielte Reimer mit den jungen deutschen NHL-Spielern Tobias Rieder und Leon Draisaitl in einer Angriffsreihe. Er nahm ebenfalls an der WM 2017 teil. Beim Olympischen Eishockeyturnier 2018 in Pyeongchang gewann Reimer mit der DEB-Auswahl die Silbermedaille. Für den Gewinn der Silbermedaille bei den Olympischen Winterspielen 2018 wurden er und die anderen Nationalspieler Silbernen Lorbeerblatt ausgezeichnet. Im April 2018 trat er nach 105 A-Länderspielen (29 Tore, 27 Vorlagen) aus der Nationalmannschaft zurück.