Seit der Saison 2013/14 war er für die deutsche U19-Nationalmannschaft zuständig. Mit der Auswahl gewann er Ende Juli 2014 die U19-Europameisterschaft in Ungarn. 2016 war zunächst geplant, dass er die U19 noch während der Europameisterschaft in Deutschland leiten würde, bevor er Nachfolger von Horst Hrubesch bei der U21-Nationalmannschaft werden sollte. Stattdessen übernahm Guido Streichsbier die U19 für das Turnier im Sommer, während Sorg auf Vorschlag Hansi Flicks ab dem 18. März 2016 zweiter Co-Trainer der A-Nationalmannschaft unter Joachim Löw für die bevorstehende Europameisterschaft in Frankreich wurde. Dort gefiel Sorgs Arbeit Löw so gut, dass er schließlich auch nach dem Turnier im Trainerteam verblieb, um als festes Bindeglied zum Juniorenbereich des DFB zu fungieren. U21-Trainer wurde an seiner Stelle Stefan Kuntz.