Sein U16-Nationalmannschaft-Debüt gab Goretzka am 15. November 2010 beim Freundschaftsspiel gegen Nordirland. Beim 3:2-Sieg erzielte er das 2:1. Am 24. August 2011 gegen die Türkei (4:0) gab er sein Debüt in der U17-Nationalmannschaft, die er im Mai 2012 als Kapitän bei der U17-Europameisterschaft in Slowenien ins Finale gegen die Niederlande führte. Goretzkas Führungstor zum 1:0 wurde in der Nachspielzeit ausgeglichen, das darauf folgende Elfmeterschießen gewannen die Niederlande.