Von 1981 bis 1990 trug er 73 Mal das Trikot der deutschen Nationalmannschaft und erzielte dabei 18 Tore, darunter drei Tore bei einer Weltmeisterschaft. Er nahm an drei Weltmeisterschaften (1982 in Spanien, 1986 in Mexiko und 1990 in Italien) und zwei Europameisterschaften (1984 in Frankreich und 1988 in Deutschland) teil. Der Höhepunkt seiner Karriere war der Gewinn des Weltmeistertitels 1990 in Italien. Littbarski gehörte zu der Elf, die im Finale Argentinien mit 1:0 besiegte. Für den Gewinn der Weltmeisterschaft 1990 wurde ihm das Silberne Lorbeerblatt verliehen.