Kể từ cuối năm 2010, Son chính thức được gọi vào đội tuyển quốc gia; và anh cũng đại diện cho Hàn Quốc tham dự các kỳ World Cup 2014, World Cup 2018. Bản thân anh cũng là cầu thủ ghi bàn nhiều nhất cho đội tuyển Hàn Quốc tại World Cup cùng với Park Ji-sung và Ahn Jung-hwan với ba bàn thắng. Bên cạnh đó, Son cũng tham dự Asian Cup 2011, Asian Cup 2015, Asian Cup 2019, giúp đội tuyển giành huy chương đồng Asian Cup 2011 và cán đích ở vị trí á quân Asian Cup 2015. Son cũng từng góp công lớn giúp cả tập thể đội tuyển Olympic Hàn Quốc lọt vào tứ kết Olympic Rio 2016 và giành được tấm huy chương vàng tại ASIAD 2018, qua thành tích đó, anh cùng với các đồng đội chính thức được miễn thực hiện nghĩa vụ quân sự ở quê nhà Hàn Quốc.