Pastore joue son premier match officiel avec l'équipe d'Argentine en 2010, face au Canada. Alors qu'il est régulièrement sélectionné avec l'équipe nationale, Alejandro Sabella l'écarte de la sélection pendant près de trois ans. Il revient finalement en sélection nationale en 2014, sous la direction de Gerardo Martino et participe à la plupart des matchs de son pays. En 2015, Pastore atteint la finale de la Copa América 2015 finalement perdue face au Chili. En 2016, il réitère cette performance lors de la Copa América 2016, où il est encore battu par le Chili.