El jugador va ser inclòs en la convocatòria provisional dels Països Baixos per l'Eurocopa 2012 i amb 18 anys i 71 dies va disputar el partit inaugural de l"'Oranje", una derrota contra Dinamarca. Willems va avançar Enzo Scifo com el jugador més jove que hagi participat en un campionat d'Europa de la UEFA, i, malgrat l'eliminació dels neerlandesos a la fase de grups del torneig, Willems va impressionar. Willems no va poder participar en el mundial del 2014 a causa d'una lesió al genoll, i no ha jugat per la selecció taronja des del 2016.