Yoo Byung-soo ha participado con la selección de fútbol de Corea del Sur un total de tres veces, haciendo su debut oficial el 12 de octubre de 2010 contra en la segunda parte, aunque un año antes, el 2 de junio de 2009, había disputado un partido ante no reconocido por la FIFA. Además Yoo fue seleccionado a tomar parte en la Copa Asiática 2011 disputada en Catar.