國家隊生涯

2006年10月，香川真司入选日本U-19国家队，代表球队参加亚足联青年锦标赛并获得亚军。

2007年6月，入选日本U-20国家队加拿大U-20世界杯大名单，代表球队参赛2场。

2008年5月，香川真司首度入选日本国家足球队。5月24日，在麒麟杯对阵科特迪瓦的比赛中首次代表国家队替补登场。8月，入选日本U-23国家队2008年北京奥运会大名单，代表球队参赛3场。8月20日，在麒麟杯对阵阿联酋的比赛中，香川真司取得个人在国家队中的首粒进球。他也成为日本国家队队史第3年轻斩获进球球员。

2010年6月，香川真司没有入选日本队2010年南非世界杯大名单，但以支持成员的身份与队伍同行出征。

2011年1月，香川真司入选国家队卡塔尔亚洲杯大名单，穿上国家队引退的中村俊辅10号球衣。他在小组赛对战沙特的比赛中助攻冈崎慎司得分，八强战日本对战卡塔尔，最终逆转对手获胜，香川真司助攻伊野波雅彦打入制胜球。不过，香川真司在半决赛与韩国的比赛中脚趾骨折，重伤3个月。缺战决赛比赛。2011年8月的麒麟杯，香川真司重返国家队，在与韩国的比赛打入2球。

2012至2013年的巴西世界杯亚预赛最终阶段，香川真司出战5场打入2球，帮助日本进入世界杯决赛圈。

在2013年洲际国家盃第二场分组赛对意大利，香川真司射入一记精彩的凌空进球，虽然最终输3-4，小组赛3连败无缘出线，但赛后仍当选全场最佳球员。

2014年巴西世界杯，首战对阵科特迪瓦香川以左路中场身份首发，全场没有贡献1脚射门，在下半场被换下；此战对阵希腊，香川下半时替补出战，仍然未有射门；第3场与哥伦比亚的比赛香川真司重回首发，尝试多次射门，无奈未有进球，球队大败小组出局。

2015年1月，香川真司入选日本队2015年亚洲杯大名单，在小组赛3场比赛中打入1个进球。四分之一决赛，日本队与阿联酋队在120分钟的常规比赛内各进一球，比赛进入点球大战，香川真司作为球队最后一名主罚者射失点球，使球队无缘半决赛。

香川真司并没有随日本队参加2018年之前两场热身赛（对战马里以及乌克兰）。

2018年6月19日，2018年俄罗斯世界杯小组赛，日本对哥伦比亚开场后不久，哥伦比亚的卡洛斯·桑切斯在禁区内手球犯规，主裁判直接出示红牌将其罚下，随后香川真司主罚点球命中。