В мае 2017 года получил вызов в сборную Германии для участия в Кубке конфедераций 2017. 6 июня 2017 года Демербай дебютировал за основную сборную в товарищеском матче против сборной Дании, где на 77-й минуте был заменён на Леона Горецки. Во втором своем матче против сборной Камеруна отличился одним из самых красивых голов турнира.