Ab dem Jahr 2013 gehörte die Mittelstürmerin dem Kader der Frauen-Eishockeynationalmannschaft der Vereinigten Staaten an. Bei ihrem ersten großen Turnier, der Weltmeisterschaft 2013, konnte sie auf Anhieb den Weltmeistertitel gewinnen. Im folgenden Jahr verließ sie das Boston College für eine Spielzeit, um sich im US-amerikanischen Eishockeyverband USA Hockey intensiv auf die Olympischen Winterspiele 2014 in Sotschi vorzubereiten. Am Ende stand der Gewinn der Silbermedaille. Anschließend kehrte Carpenter ans Boston College zurück und sicherte sich aufgrund ihrer gezeigten Leistungen am Saisonende den Patty Kazmaier Memorial Award als beste Collegespielerin des Landes. Zudem gewann sie mit der Nationalmannschaft bei der Weltmeisterschaft 2015 erneut den Weltmeistertitel. In den Jahren 2016 und 2017 ließ sie den persönlich dritten und vierten Titelgewinn folgen, wobei sie mit ihrem Overtimetor zum 1:0 im Finale gegen Kanada im Jahr 2016 maßgeblichen Anteil am Goldgewinn hatte.