До вызова в национальную сборную Узбекистана, Сергеев играл в составе юношеской и молодёжной сборной Узбекистана. В составе национальной сборной Узбекистана дебютировал 10 сентября 2013 года в матче против сборной Иордании, а во втором своём матче 15 октября 2013 против Вьетнама — забил первый гол за сборную. В 2015 году принял участие со сборной в Кубке Азии 2015 в Австралии, сыграл три матча и забил один гол в победном матче против сборной Северной Кореи. По состоянию на октябрь 2017 года сыграл за сборную в 42 матчах и забил 11 голов.