Селектор Душан Ивковић га је у лето 2010. позвао на припреме сениорске репрезентације Србије, али Милосављевић се није нашао међу коначних 12 играча који су ишли на Светско првенство 2010. у Турској. Деби у репрезентацији је имао пет година касније са екипом која је под вођством Александра Ђорђевића освојила 4. место на Европском првенству 2015. у Француској. Играо је затим и на Европском првенству 2017. где је Србија освојила сребрну медаљу, након пораза од Словеније у финалној утакмици.