Am 4. Januar 2003 gab Holger Glandorf in Stuttgart im Spiel gegen Ungarn sein Länderspieldebüt für die deutsche Nationalmannschaft. Seinen größten Erfolg stellt der Gewinn der Weltmeisterschaft 2007 in Deutschland dar. Für diesen Triumph wurde er mit dem Silbernen Lorbeerblatt ausgezeichnet. Bei der Handball-Europameisterschaft 2008 war er mit 36 Toren bester Torschütze der deutschen Mannschaft. Am 1. September 2014 erklärte Glandorf seinen Rücktritt aus der Nationalmannschaft, gab jedoch am 9. Januar 2017 in einem WM-Vorbereitungsspiel gegen Österreich sein Nationalmannschafts-Comeback. Bei der WM in Frankreich wurde er vor dem letzten Gruppenspiel für den DHB-Kader nachnominiert, allerdings war die Rückkehr nach der Niederlage im Achtelfinale schon wieder beendet.