Dia bermain untuk tim nasional Uni Soviet (48 pertandingan/11 gol), dan menjadi peserta pada Piala Dunia FIFA 1962, Piala Dunia FIFA 1966, Piala Dunia FIFA 1970 dan Kejuaraan Sepak Bola Eropa 1960, dimana Uni Soviet meraih juara. Pada turnamen tersebut, Metreveli mencetak gol di final menghadapi Yugoslavia saat mereka menang 2-1.