Con un anno in meno rispetto agli altri, Thiago entra a far parte della selezione Under-19 di Luis Milla, che lo schiera sempre titolare, riuscendo a realizzare 4 reti in 11 presenze. Ancora con l'età più bassa rispetto ai compagni, Thiago comincia a giocare nella Spagna Under-21, con la quale vince il campionato europeo del 2011. In finale contro la Svizzera segna il gol del 2-0 finale su calcio di punizione.