Erstmals wurde Fleury 2003 ins Team Canada berufen, als er Ende des Jahres mit der Juniorennationalmannschaft an der U20-Weltmeisterschaft teilnahm, die in den kanadischen Städten Halifax und Sydney, der Heimatstadt von Fleurys damaligem Team, ausgetragen wurde. Dort zog er mit dem Team Canada nach dem Gruppensieg in der Gruppe B direkt ins Halbfinale ein, wo man die USA schlug. Im Finale trafen die Gastgeber damit auf die russische Mannschaft um Alexander Owetschkin. Trotz einer 2:3-Niederlage wurde Fleury als bester Spieler und bester Torhüter des Turniers ausgezeichnet, gleichzeitig wurde er auch ins All-Star Team der U20-Weltmeisterschaft gewählt.