U-17 Việt Nam

Năm 2007, sau khi giải U-17 Quốc gia kết thúc, Lê Duy Thanh từng góp mặt trong đội tuyển U-17 Việt Nam sang thi đấu giao hữu tại Lào nhân Tuần giao lưu văn hóa giữa hai nước.

U-21 Việt Nam

Tháng 9 năm 2011, Lê Duy Thanh được triệu tập vào đội tuyển U-21 Quốc gia Việt Nam tham dự Giải bóng đá U21 Quốc tế báo Thanh niên 2011 tổ chức trên sân vận động Pleiku - tỉnh Gia Lai. Ở giải đấu này, anh cùng với các đồng đội đã thi đấu xuất sắc và giành được chức vô địch.[2][3]

Ngày 7 tháng 10 năm 2011, Lê Duy Thanh ghi bàn cho đội tuyển U-21 Việt Nam trong trận giao hữu từ thiện gặp U-21 Thái Lan tại Ninh Thuận.[11]

U-22 Việt Nam

Tháng 11 năm 2012, sau khi chơi nổi bật tại VCK U21 Quốc gia 2012 và giải U21 Quốc tế Báo Thanh Niên 2012, Lê Duy Thanh tiếp tục được triệu tập vào đội U22 Việt Nam tham dự BTV Cup 2012 tại Bình Dương.[12]