Karierę reprezentacyjną rozpoczął w 2000. Uczestnik Igrzysk Olimpijskich 2000. Został powołany przez Zico na Puchar Azji 2004. Jego reprezentacja wygrała tamten turniej, a Motoyama zagrał w 4 spotkaniach w każdym wchodząc z ławki rezerwowych. Dzięki zwycięstwu w mistrzostwach kontynentu Japonia mogła wystąpić w turnieju o Puchar Konfederacji 2005. Tam nie wystąpił w żadnym spotkaniu. Po raz ostatni w reprezentacji wystąpił w 2006, dla której zagrał w 26 spotkaniach.