Im Sommer 2012 nahm sie für die nigerianischen Super Falconets (U-20) an der U-20-Fußball-Weltmeisterschaft der Frauen 2012 in Japan teil und wurde in fünf Spielen eingesetzt. Am Ende wurde sie, nach einer Niederlage im Spiel um Platz 3, Vierte der Weltmeisterschaft. Am 23. Juli 2014 wurde sie von Nationaltrainer Peter Dedevbo für die U-20-Fußball-Weltmeisterschaft der Frauen 2014 in Kanada nominiert. Bei ihrer zweiten Teilnahme erreichte sie mit dem Super Falconets das Finale. Dort erzielte sie am 17. August 2014 gegen Neuseeland das zweitschnellste Tor in der Geschichte der U-20-Fußball-Weltmeisterschaft der Frauen. Nur drei Tage später verhalf Oshoala ihrer Mannschaft gegen die nordkoreanische U-20 mit einem lupenreinen Hattrick zum Einzug in das Finale beim Turnier in Kanada. Das Finale gegen die Mannschaft aus Deutschland ging mit 0:1 verloren, dennoch gewann sie den goldenen Schuh mit insgesamt 7 Toren im Turnier und wurde als beste Spielerin mit dem goldenen Ball ausgezeichnet. Ebenfalls 2014 wurde sie als Afrikas Fußballerin des Jahres ausgezeichnet.