Nhờ màn thi đấu ấn tượng trong màu áo U-21 và đội một Khatoco Khánh Hòa trong mùa giải 2007, Quang Hải có tên trong danh sách đội tuyển U-23 Việt Nam tham dự SEA Games 24. Tuy khi đấu khá nổi bật trong những giải giao hữu tiền SEA Games, Quang Hải vẫn bị HLV đội tuyển Việt Nam lúc bấy giờ là Alfred Riedl gạch tên ra khỏi danh sách các cầu thủ đi Nakhon Ratchasima, Thái Lan, nơi diễn ra SEA Games 24, và anh đã mất đi cơ hội cuối cùng tham gia cùng đội tuyển U-23 vì năm đó anh đã 23 tuổi.

Vào năm 2008, huấn luyện viên mới của đội tuyển Việt Nam, Henrique Calisto triệu tập Quang Hải vào đội tuyển quốc gia Việt Nam. Trước giải AFF Suzuki Cup 2008, Quang Hải chỉ là sự chọn lựa thứ 4 trên hàng tiền đạo (sau Lê Công Vinh, Nguyễn Việt Thắng và Phan Thanh Bình) nhưng đã lập công rất lớn bằng cú chích mũi giày ghi bàn vào lưới đội Singapore vào phút thứ 75, chỉ sau khi vào sân thay người được 7 phút, trong trận bán kết lượt về tại Singapore, chính thức đưa đội tuyển Việt Nam có mặt trong trận chung kết AFF Cup sau 10 năm chờ đợi.[5]

Ngày 14 tháng 5 năm 2009, anh ghi bàn thắng trong chiến thắng 1–0 trước câu lạc bộ Olympiakos của Hy Lạp trong một trận đấu giao hữu.[6]