Дебют Левандовского в составе взрослой национальной сборной состоялся 10 сентября 2008 года, когда главный тренер сборной Польши Лео Бенхаккер включил его в состав на матч отборочного турнира ЧМ-2010 против Сан-Марино, а впоследствии выпустил на замену. Левандовский смог забить гол в этом матче, и польская сборная победила со счётом 2:0. После того, как Левандовского начали вызывать в сборную Польши, его стал опекать другой игрок сборной — однофамилец Мариуш Левандовский. Сам Роберт Левандовский был тихим и робким в общении. После ухода Бенхаккера ему удалось занять в сборной действительно важное место — это случилось, когда команду возглавил Францишек Смуда, ранее работавший с Левандовским в «Лехе». 1 апреля 2009 года Левандовский вновь забил в ворота Сан-Марино в рамках той же отборочной кампании в матче, который Польша выиграла со счётом 10:0. Смуда включил его в список 23 игроков, заявленных на чемпионат Европы 2012, который проходил в Польше и Украине. 8 июня 2012 года на «Национальном стадионе» в Варшаве в матче открытия Евро-2012 против сборной Греции (1:1) Левандовский забил в ворота Костаса Халкиаса первый гол чемпионата. После окончания игры он был признан лучшим игроком матча. Левандовский вышел на поле во всех трёх играх группового этапа за польскую сборную на турнире, однако она в итоге не смогла пройти в плей-офф.