В июле 2016 года Горецка был включён в состав сборной на Олимпийские игры. Он был капитаном команды в первом матче на турнире против мексиканцев, однако получил травму плеча и был вынужден вернуться в Германию. В итоге Германия завоевала серебряные медали, но Леон не вошёл в число медалистов. На церемонии награждения после финального матча партнёр Леона по «Шальке 04» Макс Майер, ставший в его отсутствие капитаном команды, держал в руках игровую майку Горецки, чтобы приободрить его и подчеркнуть, что он остался частью команды и её капитаном несмотря на отзаявку.