Aufgrund seiner überragenden Leistung wurde Davis als einziger Collegespieler in den erweiterten Nationalkader der US-amerikanischen Auswahl für die Olympischen Spiele in London berufen. Zunächst für die endgültige Auswahl nicht berücksichtigt, wurde er aufgrund einer Verletzung von Blake Griffin während der Vorbereitung auf die Spiele nachnominiert. Bei den Olympischen Spielen 2012 in London gewann Davis mit der US-Auswahl die Goldmedaille. Im September 2014 wurde Davis mit den USA Basketball-Weltmeister in Spanien.