Dopo aver saltato i mondiale U20 del 1984 a causa dei dissidi con il selezionatore Dave King, Lemieux debuttò con la nazionale maggiore in occasione dei mondiali del 1985 disputatisi in Cecoslovacchia, dove il Canada conquistò la medaglia d'argento alle spalle dei padroni di casa; concluse il torneo con 4 reti e 6 assist. Due anni dopo giunse il primo successo in campo internazionale, grazie alla conquista della Canada Cup; Lemieux stabilì i record realizzativi nella competizione con 11 reti e 7 assist in 9 partite.