I januar 2009 kom Jakob Poulsen med på tur til Thailand. Her gjorde han et så godt inntrykk, at han fulgte opp med å bli den første AGFer på tolv år som ble tatt ut til A-landslaget, da Morten Olsen tok ut troppen til en vennskapskamp mot . den 4. februar 2009. Han fikk sin debut, da han kom på banen etter ca. 60 minutters spill, på en noe uvant plass, høyreback. Han fikk også spilletid i VM-kvalifiseringskampen mot senere på våren, og da noen etablerte landslagsspillere måtte melde forfall til den avgjørende kampen mot i juni samme år, fikk Poulsen sin første hele kamp. Det egentlige landslagsgjennombruddet fikk han mot i 1-2 nederlaget i en vennskapskamp 12. august 2009, hvor han av flere kommentatorer ble utropt som den beste danske spilleren. I sin syvende landskamp ble Poulsen matchvinner og sikret med sitt første landskampmål til 1-0 over Sverige, også Danmarks definitive kvalifisering til VM i 2010. Etter VM sommeren 2010 ble han klar for sin nye klubb FC Midtjylland, men var allerede enig med klubbledelsen om at han måtte innom behandlingsbordet for en ankeloperasjon først og en 10-ukers periode på sidelinja med opptrening for å bli kampklar til sin debut for Midtjylland.