W 2007 roku Gary Medel wraz z reprezentacją Chile U-20 wziął udział w Mistrzostwach Świata U-20 w Kanadzie i zajął na nich 3. miejsce. W pierwszej reprezentacji kraju zadebiutował 18 kwietnia 2007 roku w zremisowanym 0–0 towarzyskim spotkaniu z reprezentacją Argentyny. W 2009 roku awansował z reprezentacją Chile na Mistrzostwa Świata w Południowej Afryce. W meczu eliminacyjnym przeciwko reprezentacji Boliwii (2–0) strzelił oba gole dla reprezentacji Chile.