Con la Nazionale italiana esordì il 16 giugno 1965 contro la e vanta 6 presenze. Prese parte, piazzandosi al secondo posto, al , nel corso del quale scese in campo nella celebre semifinale contro la , sostituendo Roberto Rosato all'inizio dei tempi supplementari. In quella partita marcò il centravanti tedesco Gerd Müller, che realizzò la rete del momentaneo 2-1 sfruttando un malinteso tra Poletti e il portiere Enrico Albertosi.