2010년 8월 11일에 열린 나이지리아전에서 데뷔했고, 2011년 6월 3일에 열린 세르비아전에서 데뷔 골을 넣었다. 런던 올림픽 대표팀에 선발되어 주전 센터백으로 활약하며 대한민국 축구 역사상 첫 올림픽 메달 획득에 기여하였다. 그렇게 2014년 FIFA 월드컵 본선에도 출전하여 홍정호와 함께 주전 센터백으로 모든 경기에 출전했지만 2014년 대회에서는 3경기 내내 좋은 수비력을 보이지 못하면서 결국 팀의 조별리그 탈락에 일조하고 말았다. 2014년 12월 22일 발표된 2015 AFC 아시안컵 최종 명단에 포함되어 주전 센터백으로 뛰면서 이라크와의 준결승전에서 대한민국의 아시안컵 통산 99번째 골을 기록하는 맹활약을 선보이며 준우승에 공헌했고 2015년 7월 20일 발표된 2015 동아시안컵 최종 명단에 포함되며 대한민국의 동아시안컵 통산 3번째 우승에도 기여했다. 2018년 FIFA 월드컵에서도 최종 23인 명단에 포함되었고 2014년 대회 때와는 달리 스웨덴과의 1차전과 멕시코와의 2차전에 이어 독일과의 최종전에서도 좋은 수비력을 보여주었으며 월드컵 데뷔 첫 골까지 기록하면서 대한민국의 월드컵 통산 33번째 골의 주인공이 되었고 이러한 활약을 바탕으로 대한민국의 2-0 완승과 함께 크로아티아, 브라질, 이탈리아에 이어 독일을 월드컵 본선에서 2점차로 꺾은 4번째 팀이자 최초의 아시아팀으로 만드는데 결정적인 역할을 해냈다. 그리고 2019년 AFC 아시안컵 본선에 출전하여 팀의 8강 진출을 이끌었고 2019년 EAFF E-1 풋볼 챔피언십에도 출전하여 팀의 통산 5번째 우승에 일조했다.