W reprezentacji swojego kraju zadebiutował w 23 lutego 2000 roku w meczu z Irlandią. Wcześniej, w latach 90. występował w kadrze U-15, U-16, U-17, U-18 oraz U-21. W tym samym roku Jozef Chovanec powołał go do kadry na Euro 2000. Na tym turnieju Czechy nie awansowały do fazy pucharowej zajmując w grupie D trzecią lokatę a on sam zagrał w dwóch meczach. 6 października 2001 roku w meczu eliminacji do Mundialu 2002 z Bułgarią zdobył swoje pierwsze dwie bramki w reprezentacji. Czechy jednak nie zakwalifikowały się na tę imprezę. Następną wielką imprezą w jego karierze były Euro 2004, na których Czechy dotarły do półfinału, w którym przegrały z późniejszymi mistrzami Europy, Grecją. Sam Rosický wystąpił w czterech spotkaniach. Rosický został powołany także jako kapitan zespołu na odbywający się w Niemczech Mundial. Na tej imprezie Czechy zajęły trzecie miejsce w grupie E a on sam zagrał we wszystkich trzech spotkaniach. Z powodu kontuzji na Euro 2008 nie pojechał. Dotychczas w barwach narodowych wystąpił sto pięć razy oraz strzelił dwadzieścia trzy bramki.