El 15 de octubre de 2010, Goretzka hizo su debut en la selección alemana de fútbol sub-16 en un amistoso contra Irlanda del Norte y marcó en la victoria por 3-2. El 24 de agosto de 2011, hizo su debut en la selección nacional de fútbol sub-17 de Alemania contra Turquía en una victoria por 4-0. En mayo de 2012, fue capitán de la selección alemana de fútbol sub-17 en el Campeonato Europeo Sub-17 de la UEFA 2012 en Eslovenia y lideró a la selección alemana sub-17 hasta la final contra Holanda. En la final, Goretzka marcó el primer gol del partido llevando el marcador a 1-0 y su gol fue compensado en el tiempo de descuento llevando el marcador a 1-1; Holanda ganó la siguiente tanda de penaltis. El 8 de agosto de 2013, debutó con la selección de fútbol sub-21 de Alemania con Horst Hrubesch, en un empate 0-0 contra Francia en el que tuvo un partido magnífico.