Kakitani được vinh danh là Cầu thủ xuất sắc nhất giải vô địch bóng đá U-17 châu Á 2006. Anh ghi được 4 bàn thắng góp công giúp đội tuyển U-17 Nhật Bản vô địch giải đấu. Anh tiếp tục ghi 2 bàn tại FIFA U-17 World Cup 2007 tổ chức tại Hàn Quốc. Trong trận đấu với U-17 Pháp, anh ghi được một bàn thắng ngoạn mục từ vạch giữa sân.[2][3]

Kakitani ra mắt đội tuyển quốc gia Nhật Bản tại Cúp bóng đá Đông Á 2013. Anh chơi trận đấu quốc tế đầu tiên với Trung Quốc và có bàn thắng quốc tế đầu tiên ở phút 59. Sau đó, anh lập một cú đúp giúp đội nhà thắng Hàn Quốc 2–1. Với 3 bàn thắng có được, Kakitani góp công giúp Nhật Bản vô địch đồng thời anh cũng ẵm luôn danh hiệu vua phá lưới.[4]

Kakitani có tên trong danh sách đội tuyển Nhật Bản tham dự World Cup 2014 tổ chức tại Brasil. Ở giải đấu này, anh được thi đấu 2 trận gặp Bờ Biển Ngà và Colombia, cả 2 trận đều là vào sân từ băng ghế dự bị.