Von 1964 an nahm er mit der Eishockeynationalmannschaft der Tschechoslowakei an internationalen Titelkämpfen teil und schoss bei der Eishockey-Weltmeisterschaft 1972 eines der legendären Tore der Eishockeygeschichte: Sein Tor zum 3:2 gegen die zuvor neun Jahre unbesiegte Sowjetunion, die diesen Sport lange Zeit dominierte, bescherte seinem Team die Goldmedaille. Zudem gewann er zwei Silber- und drei Bronzemedaillen bei weiteren Weltmeisterschaftsteilnahmen. Ein weiterer Höhepunkt seiner Karriere war die Teilnahme an den Olympischen Winterspielen 1972, wo die tschechoslowakische Eishockeynationalmannschaft die Bronzemedaille gewann. In 142 Länderspielen erzielte Holík 75 Tore für die Tschechoslowakei.