Mogilnyi edusti Neuvostoliittoa kaksissa nuorten maailmanmestaruuskilpailuissa: vuonna 1988, jolloin sai kisojen parhaan hyökkääjän palkinnon, ja vuonna 1989, jolloin Neuvostoliitto voitti nuorten MM-kultaa. Hän pelasi myös Calgaryn talviolympialaisissa vuonna 1988 ja maailmanmestaruuskilpailuissa vuonna 1989. Neuvostoliitto voitti kultaa kummassakin turnauksessa. Toukokuussa 1989, maailmanmestaruuskilpailujen päätyttyä, Mogilnyi lensi salaa Buffalo Sabresin edustajien kanssa Ruotsista Yhdysvaltoihin jolloin hänestä tuli ensimmäinen luvatta NHL-liigaan siirtynyt neuvostoliittolainen pelaaja. Seura oli varannut hänet NHL:ään viidennellä kierroksella. Neuvostoliitossa pelatessaan hänen ketjukavereitaan olivat Pavel Bure ja Sergei Fjodorov, jotka hekin siirtyivät myöhemmin Pohjois-Amerikkaan.