Impressionado com as atuações do jovem atacante, o técnico da Seleção Russa à época, Oleg Romantsev, acabou levando-o para a Copa do Mundo de 2002. Sychov (que jogara antes pelas categorias sub-17 e sub-19) tornou-se o jogador mais novo a jogar pela Rússia até então, aos 18 anos e 222 dias, recorde que também valeria para a extinta Seleção Soviética (atualmente, a marca pertence a Alan Dzagoyev).