De Vrij có trận đấu đầu tiên cho đội tuyển U-16 Hà Lan vào năm 2007.[3] Sau đó, anh được gọi vào đội tuyển U-17 Hà Lan tham dự Giải vô địch bóng đá U-17 châu Âu năm 2009, giải đấu mà U-17 Hà Lan đã lọt vào đến trận chung kết và để thua U-17 Đức 1-2 sau 120 phút thi đấu.[4]

Ngày 7 tháng 5 năm 2012, De Vrij được đưa vào danh sách 36 cầu thủ Hà Lan triệu tập sơ bộ cho Euro 2012 bởi huấn luyện viên Bert van Marwijk.[10] Tuy nhiên anh đã không có tên trong danh sách 23 cầu thủ sau cùng. Ngày 15 tháng 8 năm 2012, De Vrij có trận đấu đầu tiên cho Đội tuyển bóng đá quốc gia Hà Lan trong trận giao hữu thua Bỉ 4-2.[3]

Anh là một trong bốn hậu hậu vệ của Feyenood được huấn luyện viên Louis van Gaal triệu tập tham dự World Cup 2014 tại Brasil.[11] Trong trận đấu đầu tiên của Hà Lan tại giải đấu với Tây Ban Nha vào ngày 13 tháng 6, trọng tài đã cho Tây Ban Nha được hưởng phạt đền khi nhận định tiền đạo Diego Costa đã bị De Vrij phạm lỗi trong vòng cấm. Tuy nhiên pha quay chậm lại cho thấy chính De Vrij đã bị Costa dẫm lên chân.[12] Xabi Alonso từ quả phạt đền đó đã ghi bàn mở tỉ số cho Tây Ban Nha. Tuy nhiên kết thúc trận đấu, đội tuyển Hà Lan đã lội ngược dòng thành công với chiến thắng 5-1, trong đó chính De Vrij là người đã ghi bàn thắng nâng tỉ số lên 3-1, đây cũng đồng thời là bàn thắng đầu tiên của anh cho đội tuyển quốc gia.[13] Anh đã cùng đội tuyển Hà Lan giành vị trí hạng ba chung cuộc tại World Cup 2014 và cá nhân anh được FIFA chọn vào đội hình 11 cầu thủ tiêu biểu của giải đấu.[14]

Trong trận đấu đầu tiên của đội tuyển Hà Lan tại vòng loại Giải vô địch bóng đá châu Âu 2016 với Cộng hòa Séc vào ngày 9 tháng 9 năm 2014, De Vrij là người gỡ hòa 1-1 cho Hà Lan từ đường chuyền của Daley Blind nhưng chung cuộc Hà Lan đã bất ngờ để thua Cộng hòa Séc 2–1.[15] Vì vậy, Hà Lan không thể có mặt tại Euro 2016 do chỉ xếp thứ tư chung cuộc với 13 điểm, 4 trận thắng, 1 trận hòa và 5 trận thua.