Trận đấu đầu tiên của Phan Thanh Hậu trong màu áo của một đội tuyển trẻ quốc gia là khi được tung vào sân trong hiệp 2 thay cho Xuân Trường trong trận gặp U19 Hàn Quốc tại vòng chung kết U19 châu Á 2014. Tới trận gặp U19 Nhật Bản, Phan Thanh Hậu thế chỗ Xuân Trường ở hàng tiền vệ của U19 Việt Nam và đã thi đấu tròn vai.[4] Sau giải đấu Thanh Hậu bất ngờ được cây viết John Duerden - chuyên gia bóng đá châu Á của tờ Guardian - chọn vào top 40 cầu thủ trẻ triển vọng nhất thế giới. Tuy nhiên sau đó sự nghiệp Quốc tế của Phan Thanh Hậu bắt đầu chững lại mặc dù vẫn có mặt trong thành phần đội tuyển bóng đá U19 và U20 quốc gia tham dự Giải vô địch bóng đá U19 Đông Nam Á 2016 và Giải vô địch bóng đá U-20 thế giới 2017.[9]