Anh cũng là một cầu thủ của đội tuyển Tây Ban Nha,anh có trận đấu đầu tiên cho tuyển đấu với Bồ Đào Nha vào năm 2003. Ngày 29 tháng 6 năm 2008, Torres ghi bàn thắng duy nhất trong trận chung kết với đội tuyển Đức. Tây Ban Nha trở thành nhà vô địch châu Âu 2008. Nhờ những thành tích nổi bật trong năm, anh xếp thứ ba trong cuộc bình chọn Quả bóng vàng châu Âu 2008.