Bertolacci a commencé son expérience internationale lors du tournoi international des moins de 16 ans du Val-de-Marne. Il a joué tous les 3 matchs du Championnat d'Europe des moins de 17 ans en 2008 la qualification d'élite, dans lequel l'Italie ne s'est pas qualifié pour le tour suivant. Il a ensuite été promu à l'équipe U19 en , a joué deux fois en 2010 Championnat d'Europe de football des moins de 19 ans Football qualification élite et une fois dans le tour Élite. Il a également été sélectionné pour la phase finale, en jouant deux fois titulaire. Au cours de la saison 2010-2011, il a été couronné à deux reprises par l'équipe U20 dans le Tournoi des Quatre Nations. En , il a reçu sa première convotion en avec l'équipe espoirs. Cependant, il a été blessé et a raté le match amical. Le , il fait ses débuts avec l'équipe d'Italie espoirs, dans un match amical contre la Suisse. Le , Bertolacci inscrit le but égalisateur - son premier but pour les moins de 21 ans - contre la Norvège dans les Championnats d'Europe U-21 pour assurer la première place du groupe à l'Italie. L'Italie a atteint la finale (perdue 4-2 contre l'Espagne), durant laquelle Bertolacci n'a pas joué. Le , il a été appelé par Antonio Conte en équipe d'Italie pour un match de qualification pour l'Euro 2016 contre la Croatie et un match amical contre l'Albanie. Le , il fait ses débuts avec l'équipe première contre l'Albanie, en jouant pendant 70 minutes lors d'une victoire 1-0 au Stadio Luigi Ferraris. Le , Bertolacci fait sa deuxième apparition pour l'Italie dans un match de qualification contre la Bulgarie à Sofia qui a terminé sur le score de 2-2.