14 ноября 2012 года в матче против сборной США дебютировал в основной сборной России, где он, выйдя в стартовом составе, на 9-й минуте открыл счёт. Этот гол стал самым быстрым голом после выхода на поле для дебютантов сборной России, а также единственным, забитым новичком сборной в первом тайме дебютного матча. В этом же эпизоде Фёдор получил травму и продолжить матч не смог. 7 июня 2013 года дебютировал в официальном матче за сборную, выйдя на 68-й минуте в гостевом матче со сборной Португалии. В составе сборной выступал на матчах чемпионата Европы по футболу 2016 года во Франции, Кубка конфедераций 2017 в России (удостоен награды лучшего игрока «Man of the Match» после игры со сборной Новой Зеландии по футболу) и домашнего чемпионата мира 2018 года.