Sau những thành công cùng lứa U20 Việt Nam dự U20 World Cup 2017, Đoàn Văn Hậu được triệu tập lên ĐT Việt Nam tham dự trận đấu với Jordan vào ngày 13/6/2017. Tuy nhiên phải đến trận đấu giữa ĐT Việt Nam và Campuchia vào ngày 5/9 trên sân Olympic Phnom Penh, Văn Hậu mới chính thức có trận ra mắt ĐT Việt Nam.
Đó là trận đấu mà Văn Hậu đã chơi trọn vẹn 90 phút không phải quá xuất sắc nhưng cũng hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao để góp phần giúp ĐT Việt Nam vượt qua những khó khăn, đánh bại Campuchia 2-1 và tiến gần hơn đến tấm vé dự Asian Cup 2019 ở thời điểm đó.
3 năm sau ngày ra mắt, Văn Hậu hiện đã là một trong những trụ cột quan trọng nhất ở ĐT Việt Nam dưới thời HLV Park Hang Seo. Tính đến nay, Văn Hậu đã có tổng cộng 23 trận ra sân, cùng ĐT Việt Nam chinh phục hàng loạt giải đấu lớn như AFF Cup 2018, Asian Cup 2019 hay vòng loại World Cup 2022.
Hiện tại, Văn Hậu đang tích cực tập luyện cùng Hà Nội FC sau thời gian thi đấu tại châu Âu cho Heerenveen. Khi V-League 2020 trở lại, Văn Hậu được kỳ vọng sẽ là trụ cột để giúp Hà Nội FC đua tranh ngôi vô địch./.