Während er bei der EM 2011 noch mit der Nationalmannschaft im Finale scheiterte, wurde er 2013 Europameister. Im Endspiel gegen Litauen war er mit 17 erzielten Punkten bester Werfer der Franzosen. Bei der Basketball-Weltmeisterschaft 2014 errang Batum mit Frankreich die Bronzemedaille, dieses Ergebnis wiederholte er 2019. 2018 wurde Batum Spielführer der Nationalmannschaft und in diesem Amt Nachfolger von Boris Diaw. Bei den 2021 ausgetragenen Olympischen Sommerspielen 2020 gewann Batum mit Frankreich Silber. Er kam auf 6,2 Punkte je Begegnung, beim 90:89-Halbfinalsieg über Slowenien verhinderte er unmittelbar vor dem Spielende mit einem Block den möglichen Siegtreffer des Gegners.