Op 9 oktober 2015 debuteerde Alli in de EK-kwalificatiewedstrijd tegen Estland. Hij viel na 88 minuten in voor Ross Barkley. Drie dagen later mocht de middenvelder opnieuw invallen in de EK-kwalificatiewedstrijd tegen Litouwen. Op 17 november 2015 kreeg hij van bondscoach Roy Hodgson zijn eerste basisplaats toegewezen in de vriendschappelijke interland tegen Frankrijk. Alli bracht Engeland na 38 minuten op voorsprong. Vlak na rust zette Wayne Rooney de 2–0 stand op het bord. Op 16 mei 2016 werd hij opgenomen in de selectie van Engeland voor het Europees kampioenschap voetbal 2016. Engeland werd in de achtste finale uitgeschakeld door IJsland (1–2) na doelpunten van Ragnar Sigurðsson en Kolbeinn Sigþórsson. Alli maakte tevens deel uit van de Engelse selectie voor het WK 2018 in Rusland. Op dat toernooi bereikte Engeland de halve finales, mede door een doelpunt van Alli tegen Zweden in de kwartfinale.