Sélectionné dans les sélections allemandes espoirs, Hummels est gravement blessé et manque toute la seconde partie de la saison 2008/09. Il revient à temps pour disputer et remporter l'Euro espoir 2009 avec la équipe d'Allemagne des moins de 21 ans en . Au sein de cette équipe, il est titulaire aux côtés de futurs coéquipiers en sélection nationale : Jerome Boateng, Benedikt Höwedes, Sami Khedira ou Mesut Özil. En , lors d'un match de qualification pour l'Euro espoirs 2011 face à Saint-Marin, Hummels inscrit un triplé, contribuant ainsi à la plus large victoire de l'histoire de l'équipe (11-0). Néanmoins, l'Allemagne arrivera troisième de son groupe et ne se qualifiera donc pas pour l'Euro espoirs 2011.