Krohn-Dehli membuat debut untuk pasukan kebangsaan Denmark pada kelayakan Euro 2008 menentang Liechtenstein pada 11 Oktober 2006. Krohn-Dehli menjaringkan gol tunggal perlawanan pada perlawanan pembukaan Euro 2012 menentang Belanda yang memberikan kemenangan pertama Denmark pada kejohanan itu. Selain itu, beliau menjaringkan gol sekali lagi buat Denmark pada perlawanan terakhir peringkat kumpulan menentang Jerman, tewas 1-2.