Kobayashi maakte op 27 februari 2019 haar debuut in het Japans vrouwenvoetbalelftal tijdens een wedstrijd om de SheBelieves Cup tegen Verenigde Staten van Amerika. Zij nam met het Japans elftal deel aan het WK 2019. Ze heeft 12 interlands voor het Japanse elftal gespeeld en scoorde daarin 4 keer.