2001 debuterade Larholm i Sveriges landslag. Fram till 2014 spelade han 211 landskamper och gjorde 642 mål. Han mästerskapsdebuterade vid EM 2004 i Slovenien. Sverige kom på sjunde plats och blev den legendariske förbundskaptenen Bengt "Bengan" Johanssons sista mästerskap. Larholms största landslagsmerit blev OS-silvret 2012 i London.