Первый матч в составе национальной сборной Белоруссии Сергей Горбок провёл 28 декабря 2001 года, всего сыграл за неё в 42 матчах и забил 193 мяча. В 2006 году объявил о прекращении выступлений за белорусскую команду и намерении принять российское гражданство, но 6 июня 2007 года после личной беседы с председателем Белорусской федерации гандбола Владимиром Коноплёвым изменил своё решение и уже 9 июня в Бресте сыграл за сборную Белоруссии в матче плей-офф отборочного турнира чемпионата Европы-2008 против команды Швейцарии. Обыграв швейцарцев по сумме двух матчей, белорусские гандболисты впервые с 1994 года стали участниками финального турнира чемпионата Европы.