В сборной Югославии Илия Петкович дебютировал 24 апреля 1968 года в отборочном матче чемпионата Европы 1968 года со сборной Франции, завершившемся со счётом 5:1, причём сам Петкович забил в той встрече 2 гола. В составе сборной Петкович принял участие в чемпионате Европы 1968 года, на котором сборная Югославии стала серебряным призёром и чемпионате мира 1974 года. Свой последний матч за сборную Петкович сыграл на чемпионате мира 1974 года против сборной Польши 30 июня 1974 года, тот матч завершился поражением югославов со счётом 1:2. Всего же за сборную Петкович сыграл 43 официальных матча, в которых забил 6 голов.