Il 12 dicembre 1976, all'età di 19 anni e 256 giorni riceve la sua prima convocazione in nazionale maggiore da parte del CT Guy Thys in vista delle partite di qualificazione alla Coppa del Mondo 1978 in Argentina; tuttavia, la rassegna in cui Ceulemans imprimette maggior peso fu durante l'Europeo 1980 in Italia. La squadra allenata da Thys poteva vantare nel suo organico grandi nomi del calibro di Jean-Marie Pfaff, Julien Cools, François Van der Elst ed Erwin Vandenbergh; nello specifico, proprio per la grande qualità tecnica vigente all'interno della formazione designata per la rassegna continentale è tutt'oggi ritenuta da molti esperti come una delle nazionali belghe più forti di tutti i tempi. Esordisce il 26 marzo 1977 nella partita casalinga contro i persa 2-0; realizza invece la sua prima rete con la maglia dei "Red Devils" il 6 maggio 1980 fissando il risultato dell'amichevole con la sul definitivo 2-1. Il 2 giugno seguente, prima della partenza per gli Europei, mette a segno una doppietta ai danni del , con cui i belgi pareggiano 2-2 nella trasferta di Lima.