Goeßling gehörte zum Kader der U-23-Nationalmannschaft, mit der sie 2007 den zweiten Platz beim Nordic Cup belegte. Am 28. Februar 2008 bestritt sie ihr erstes Länderspiel für die deutsche Fußballnationalmannschaft, als sie im Länderspiel gegen China eingewechselt wurde. Bei den Olympischen Spielen 2008 in Peking wurde sie jedoch nicht für den Kader der Nationalmannschaft berücksichtigt. Anfang 2011 holte Silvia Neid sie wieder zurück und sie stand damit im Mannschaftskader für die WM 2011. Dort kam sie in zwei Begegnungen zum Einsatz. Beim 4:2-Vorrundensieg über Frankreich bestritt Goeßling die vollen 90 Minuten, während sie im mit 0:1 verlorenen Viertelfinale gegen den späteren Weltmeister Japan in der 65. Minute für Linda Bresonik eingewechselt wurde. Nach der WM wurde sie Stammspielerin und in allen Länderspielen eingesetzt, u. a. beim Algarve-Cup 2012. Beim 3:0-Sieg im EM-Qualifikationsspiel in Bukarest gegen Rumänien erzielte sie mit dem Führungstreffer in der 21. Spielminute ihr erstes Länderspieltor für die A-Nationalmannschaft. Einen Monat später schoss sie im Spiel gegen Spanien erneut das Führungstor. Am 29. Juni 2013 bestritt sie gegen Japan ihr 50. Länderspiel.