Duchene fece il suo esordio in campo internazionale nel World U-17 Hockey Challenge del 2008. In sei incontri fu autore di dieci punti e contribuì al successo del Team Ontario. Nello stesso anno ad aprile fu convocato dalla selezione Under-18 per il Mondiale U18, mentre nel mese di agosto fu scelto come capitano all'Ivan Hlinka Memorial Tournament, conquistando in entrambe le occasioni la medaglia d'oro. Nella seconda stagione in OHL Duchene prese parte al raduno della nazionale maggiore in vista del Campionato mondiale 2009, tuttavia fu escluso dal roster.