Ду Вэй был капитаном молодёжной команды Китая (до 23) и олимпийской сборной, составленной преимущественно из её игроков в 2004 году. По итогам выступлений получил высокие оценки от известного игрока сборной Фань Чжии. На Чемпионате мира среди молодёжных команд 2001 года в Аргентине его заметил Марадона, который описал его как «скоростного игрока… с чувством того, как надо защищаться». С этого момента он начал попадать в состав первой сборной Китая, а его дебют состоялся в матче против национальной команды Тринидада и Тобаго в товарищеском матче 5 августа 2001 года, который завершился со счётом 3-0 в пользу китайской команды. Несмотря на отсутствие опыта выступления на международной арене, игрок и в дальнейшем вызывался в национальную сборную, так он попал на Чемпионат мира по футболу 2002 года, на который китайская сборная пробилась впервые в своей истории. Из-за травмы Ду Вэй не приглашался на матчи национальной команды для выступлений на Кубке Азии 2004 года, где команда попала в финал — Ари Хан предпочёл вызвать для игры в защите Чжэн Чжи. После турнира Ду Вэй вновь стал вызываться в национальную команду, в том числе он выступал на Кубке Азии 2007 года. Когда главным тренером Сборной Китая стал Гао Хунбо, Ду Вэй был избран капитаном, команда завоевала первое место в розыгрыше Чемпионата Восточной Азии 2010 года, а он сам был назван «лучшим игроком турнира».