Gelson Fernandes maakte 0p 22 augustus 2007 zijn debuut in het Zwitsers voetbalelftal, in een vriendschappelijke wedstrijd tegen Nederland (2–1 winst). Hij speelde 67 minuten, waarna hij werd vervangen door Benjamin Huggel. Zijn eerste toernooi volgde in 2008, toen hij op het Europees kampioenschap voetbal meespeelde in de drie groepswedstrijden. Op het wereldkampioenschap voetbal 2010 maakte hij het enige doelpunt in de confrontatie tegen Spanje (0–1 winst). Het was de enige wedstrijd die de Spanjaarden verloren op het toernooi. In mei 2014 werd Fernandes door bondscoach Ottmar Hitzfeld opgenomen in de selectie voor het eindtoernooi in Brazilië. Zijn toenmalige clubgenoten Mensur Mujdža (Bosnië en Herzegovina), Matthias Ginter (Duitsland) en Admir Mehmedi (Zwitserland) waren ook actief op het toernooi.