International belge, Dekeyser remporte la médaille de bronze au Championnat d'Europe 2007. L'année suivante, il inscrit 5 buts aux Jeux Olympiques de Pékin en 2008, aidant la Belgique à atteindre la du tournoi. En 2009, Dekeyser accroche avec son équipe nationale la du Championnat d'Europe. Inscrivant 9 buts dans ce tournoi, il finit meilleur buteur à égalité avec le Néerlandais Taeke Taekema. Deux ans plus tard, il marque 5 fois pour la Belgique lors du Championnat d'Europe 2011, permettant ainsi à son équipe nationale d'accrocher la du tournoi, qualificative pour les Jeux Olympiques de Londres qui ont lieu en 2012. En , il remporte le Champions Challenge en Afrique du Sud. En 2012, il atteint la des Jeux Olympiques de Londres avec la Belgique, inscrivant 4 nouveaux buts. En 2013, il remporte la médaille d'argent du Championnat d'Europe.