В сборной России Наталья Алимова дебютировала в 2005 году на международном турнире в Курмайёре. В июне 2005 года стала победительницей Кубка Бориса Ельцина с призом лучшей блокирующей турнира, а в сентябре того же года выиграла бронзовую медаль на чемпионате Европы в Хорватии. Также Алимова играла за сборную в 2007 и 2008 годах, завоевала вторую в карьере бронзу чемпионата Европы и была участницей Олимпийских игр в Пекине.