В период удачных выступлений за «Шэньчжэнь Цзяньлибао» Ли Лэйлэй дебютировал за национальную сборную. Это случилось в 2005 году при тренере Чжу Гуанху. В этот период он играл второго номера после Лю Юньфэя до завершения его карьеры в 2006 году. С этого момента Ли стал первым номером сборной. Принимал участие в розыгрыше Кубка Азии по футболу 2007. В рамках турнира принял участие в двух матчах группового раунда, но затем получил травму и больше не выступал.