Pesonen oli myös mukana vuoden 2008 U20-vuotiaiden MM-kisoissa, joissa hänen tehopisteensä olivat 3+0. Ensimmäiset A-maaottelunsa hän pelasi kaudella 2014−2015. Harri Pesonen oli mukana voittamassa Suomelle MM-kultaa ensimmäisissä aikuisten MM-kilpailuissaan Slovakiassa 2019. Hän teki turnauksen kymmenessä ottelussa neljä maalia ja antoi kolme maalisyöttöä. Hän teki loppuottelussa Kanadaa vastaan viimeisen, 3−1-maalin.