29 августа 2014 года Карвахаль впервые получил вызов в сборную, на матчи против Франции и Македонии. 4 сентября Даниэль дебютировал за сборную, сыграв все 90 минут матча. Карвахаль был внесён в список игроков сборной, которые будут вызваны на предстоящий чемпионат Европы 2016 года во Франции, но на турнир испанец так и не поехал из-за полученной травмы.