Già facente parte delle varie giovanili tedesche, esordì in Nazionale maggiore nel 1975 e prese parte a tutti i tornei fino al 1984. Fece parte delle selezioni per il , nonché per i campionati d'Europa di Jugoslavia (1976), Italia (1980) - in cui la si laureò campione continentale - e Francia (1984), ma non per quelle del , a causa della decisione presa dalla federcalcio tedesca alla fine degli anni settanta di non convocare calciatori che giocassero all'estero. Impiegato come libero, secondo alcuni osservatori Stielike sembrava idoneo a divenire il degno successore di Franz Beckenbauer alla guida della difesa tedesca, ma il fatto di non militare nella Bundesliga lo portò a scendere in campo solo 42 volte in 9 anni. L'ultima partita (- 1-2, settembre 1984), curiosamente, coincise con l'esordio da CT proprio di Beckenbauer. Nei 9 anni in Nazionale realizzò anche 3 gol.