Sameshima maakte op 10 maart 2008 haar debuut in het Japans vrouwenvoetbalelftal tijdens een wedstrijd om de Cyprus Women's Cup 2008 tegen Rusland. Zij nam met het Japans elftal deel aan de wereldkampioenschappen vrouwenvoetbal in 2011. Daar stond zij in alle zes de wedstrijden van Japan opgesteld en Japan behaalde goud op de wereldkampioenschappen. Zij nam met het Japans elftal deel aan de Olympische Zomerspelen in 2012. Daar stond zij in vijf wedstrijden van Japan opgesteld en Japan behaalde zilver op de Spelen. Zij nam met het Japans elftal deel aan de wereldkampioenschappen vrouwenvoetbal in 2015. Daar stond zij in zes wedstrijden van Japan opgesteld en Japan behaalde zilver op de wereldkampioenschappen. Ze heeft 108 interlands voor het Japanse vrouwenelftal gespeeld en scoorde daarin vijf keer.