Medel nahm 2007 mit der chilenischen U-20-Auswahl an der U-20-Südamerikameisterschaft in Paraguay teil und erreichte mit seinem Team dabei den vierten Rang, der zur Teilnahme an der U-20-Weltmeisterschaft in Kanada berechtigte. Dort spielte er mit Spielern wie Arturo Vidal, Alexis Sánchez und Mauricio Isla zusammen. Nach den beiden 3:0-Siegen in der Gruppenphase gegen den Gastgeber Kanada und Kongo erreichte man durch ein 0:0 gegen Österreich das Achtelfinale. Dort konnte das Team den Favoriten Portugal mit 1:0 ausschalten und gewann in der nächsten Runde gegen Nigeria nach Verlängerung mit 4:0. Im Halbfinale scheiterte die Mannschaft mit 0:3 an Argentinien, nachdem Medel bereits in der 15. Spielminute des Feldes verwiesen wurde. Beim 1:0-Sieg im Spiel um Platz 3 gegen Österreich war er gesperrt. Während der U-20 WM absolvierte er sechs Spiele, blieb aber ohne Torerfolg.