В составе сборной Чехословакии Масопуст дебютировал 24 октября 1954 года в матче со сборной Венгрии, проигранном чехословаками 1:4. В 1960 году он выиграл с национальной командой бронзовые медали европейского первенства, а через два года дошёл с ней до финала чемпионата мира, где чехословаки уступили сборной Бразилии со счётом 1:3. В этой игре первый гол забил Масопуст, обведя нескольких игроков команды соперника. Тренером чехословаков на турнире был бывший тренер Масопуста в «Теплице» Вытлачил. Одной из причин поражения чехословаки называли судейство Николая Латышева. Всего за национальную команду Масопуст провёл 63 матча и забил 10 голов. Его последней игрой стал матч 18 мая 1966 года с командой СССР, в которой советские футболисты победили 2:1.