Für Schweden nahm Hagelin an der U20-Junioren-Weltmeisterschaft 2008 teil, bei der er mit seiner Mannschaft die Silbermedaille gewann. Für die A-Nationalmannschaft Schwedens debütierte der Angreifer bei den Olympischen Winterspielen 2014, bei dem er mit dem Team ebenfalls Silber erreichte. Des Weiteren vertrat er sein Heimatland beim World Cup of Hockey 2016 und erreichte dort mit dem Team den dritten Platz.