Mortensen var fast mand på landsholdet fra 1957 til 1963, og var dermed også med på det hold, der besatte femtepladsen ved VM i 1961 i Vesttyskland. I 1963 indstillede han imidlertid karrieren som håndboldspiller på eliteplan. Han skulle forberede sig på sin lægeeksamen og var samtidig bundet af vagter på op til 70 timer om ugen på Kommunehospitalet i København. Han spillede sin sidste landskamp – den 55. i rækken – den 3. marts 1963 i Århus, hvor Danmark i en træningskamp besejrede de forsvarende verdensmestre fra Rumænien med 15-10.