Trochowski trug erstmals das Nationaltrikot der A-Nationalmannschaft am 7. Oktober 2006 in Rostock, als die deutsche Mannschaft mit 2:0 über Georgien gewann. 2008 gehörte er dem Europameisterschafts-Kader an, der bei der Europameisterschaft in Österreich und der Schweiz Zweiter des Turniers wurde; zum Einsatz kam er allerdings nicht. Nach der EM 2008 wurde Trochowski in der Nationalmannschaft regelmäßig eingesetzt. Trochowskis erstes Länderspiel-Tor im Rahmen der Qualifikation zur Fußball-WM 2010 am 15. Oktober 2008 bedeutete den 1:0-Heimsieg über die walisische Nationalmannschaft; den Treffer erzielte er in der 72. Spielminute. Sein Stammplatz in der Nationalmannschaft begründete sich auch mit seiner guten Saison, die er beim HSV spielte. In der Saison 2009/10 verlor Trochowski den Stammplatz in der Nationalmannschaft wieder. Er gehörte dem deutschen Kader für die Fußball-Weltmeisterschaft 2010 an und hatte während des Turniers vier Einsätze. Zuletzt kam er am 7. Juli 2010 im WM-Halbfinale gegen Spanien zum Einsatz und wurde danach nicht mehr nominiert.