Sameshima on pelannut Japanin naisten maajoukkueessa 113 maaottelua maaliskuusta 2008 alkaen ja tehnyt niissä viisi maalia. Hän voitti maailmanmestaruuden vuoden 2011 MM-kilpailuissa, joissa hän pelasi täyden ajan jokaisessa kuudessa ottelussa. Lontoon 2012 kesäolympialaisissa hän saavutti hopeaa pelattuaan viidessä Japanin kuudesta ottelusta. MM-kilpailuissa 2015 hän saavutti hopeaa pelaten avauskokoonpanossa Japanin ensimmäistä ottelua lukuun ottamatta ja teki Japanin ensimmäisen maalin 2–1-voittoon päättyneessä alkulohko-ottelussa Kamerunia vastaan. MM-kilpailuissa 2019 hän pelasi Japanin kaikki neljä ottelua alusta loppuun.