2004 blev Karlsson uttagen till Sveriges landslag då U18-VM avgjordes i Minsk, Vitryssland. Sverige lyckades endast vinna två matcher och blev utslagna i kvartsfinal, mot Tjeckien. På sex matcher noterades Karlsson för 1 mål. Året därpå var han uttagen till JVM i USA. Sverige slutade sexa, efter att man återigen förlorat kvartsfinalen – denna gång mot värdnationen USA. På sex matcher noterades Karlsson för 1 assist. När JVM skulle avgöras 2006, i Kanada, blev Karlsson ännu en gång uttagen. Men likt föregående år lyckades inte Sverige ta sig förbi kvartsfinalerna. I förlängning förlorade man mot Finland med 1–0. Karlsson noterades för 6 poäng (3 mål, 3 assist) på sex spelade matcher.