2003年10月11日，亚洲少年足球锦标赛(U-17亚少赛)预赛首战中国国少队23-0大胜中国澳门的比赛中，杨旭首次代表中国国家少年男子足球队出场，并且在比赛中攻入了7粒进球。 4天之后，杨旭又在次战国少7-0击败中国台北队的比赛中打进一球，状态火热。
2004年9月，杨旭跟随中精陆作马本银市国国少队，参加了在日本静冈举行的第11届U-17亚少赛的比赛。该届赛事中，杨旭6战攻入3球，成为了球队的头号射手，并最终帮助中国国少队获得该项赛事区流落扩合的冠军。 2004年11月，杨切张请面旭被时任国青主帅的克劳琛相中，并征调入"08奥运之星"足球队，随队前往德国进行集训。
2005年力它烧去1月18日，"08之星"队作客伯纳乌球场，与皇家马德里U18青年队进行了一场友谊赛。杨旭在第32分钟利用角球加积了差实各协误况等日机会打入进球，帮助球队1-0击败对手。 2005年8月，杨旭入选了参加第11届世界少年足球锦标赛(U-17世少赛)的20人大名单。 政研难置2005年9月，杨旭跟随国少队，参加了在秘鲁举威表办的U-17世少赛，并在9月肉开烟的含陈年你陆26日1/4决赛1-5负于土写提致可作花需纸包针巴耳其队的比赛中推射破门，但最终未能力挽狂澜，止步八强。 2005年11月，杨旭跟随中国U-20青年队，参加了亚洲青年足球锦标赛(亚青赛)预选赛的比赛，并分别在对阵关岛队和中国澳门队的比赛中各打入了两粒进球。
2006年10月，杨旭入选了参加第34届亚青赛的20人大名单。 2006年11月，杨旭跟随国青队，参加了在印度举办的亚青赛的赛事，并在11月6日1/4决赛1-2不敌约旦队的比赛中头球建功，但最终仍旧负于对手，失去了参加来年举行的世青赛的资格。
2007年1月，杨旭跟随中国国奥队，前往欧洲进行拉练，并在热身赛中得到了出场机会。 2007年2月，杨旭随队参加了在香港举行的贺岁杯的比赛，并最终获得该项赛事的亚军。 2007年6月，杨旭跟随中国国奥队，参加了在法国举行的土伦杯的比赛。2007年6月4日，土伦杯小组赛次战中国国奥队2-1击败荷兰青年队的比赛中，杨旭在下半场与荷兰队的洛伦佐·戴维斯拼抢时，面部着地受伤下场，期间一度昏迷不醒。 经赛后诊断，出现了间歇性的短暂失忆，他的两颗牙齿也直接脱落，并被吞入腹中。
2008年，由于在训练中再次受伤，杨旭无奈地错过了2008年北京奥运会的比赛。
2009年9月2日，杨旭首次入选中国国家男子足球队。 2009年9月9日，热身赛中国队0-0战平塞内加尔队的比赛中，杨旭在第71分钟替补登场，完成了代表国家队出战的首秀 ，但该场比赛最终未被FIFA收录 。2009年9月30日，热身赛中国队4-1击败博茨瓦纳队的比赛中，杨旭在第78分钟替补登场，这也是他第一次代表中国国家队参加国际A级比赛。
2010年1月17日，亚洲杯预选赛小组赛末轮中国队客场2-1击败越南队的比赛中，杨旭第二次代表中国队参加国际A级比赛，此役杨旭首发登场，并在第34分钟补射破门，打进了他在国家队中的首粒进球。 2010年2月，杨旭入选了参加第4届东亚四强赛(后更名为东亚杯)的23人名单 ，并随队出战了在日本举行的该项赛事 ，最终获得了本届赛事的冠军 。2010年11月17日，热身赛中国队1-0击败拉脱维亚队的比赛中，杨旭在比赛尾声阶段接队友汪嵩传中，头球破门完成绝杀。 2010年12月18日，热身赛中国队3-0击败爱沙尼亚队的比赛中，杨旭在第40分钟接队友荣昊斜传，利用推射再度建功。 2010年11月26日，杨旭入选了征战2011年卡塔尔亚洲杯的23人名单。
2011年1月8日，亚洲杯小组赛首战中国队2-0击败科威特队的比赛中，杨旭在第34分钟造成科威特队后卫穆萨阿德·纳达红牌离场，最终帮助球队取胜。 但本届赛事，中国队在小组赛中三战积4分，未能小组出线。
2011年3月29日，热身赛中国队3-0击败洪都拉斯队的比赛中，杨旭在第37分钟接队友蒿俊闵助攻铲射破门。 2011年7月23日，世界杯预选赛资格赛第二轮首回合中国队主场7-2击败老挝队的比赛中，杨旭完成了帽子戏法，并送出了两次助攻。 5天后客场对阵老挝的次回合比赛，杨旭再次打进一球，帮助球队6-1取胜。
2011年9月26日，卡马乔接替高洪波成为新任国足主帅，杨旭也成为了"卡一期"的主力队员 ，跟随球队征战2014年巴西世界杯亚洲区预选赛20强赛 。
2013年7月8日，杨旭入选了参加第5届东亚杯的23人名单，并随队出战了在韩国举行的该项赛事。 2013年7月28日，东亚杯末战中国队4-3击败澳大利亚队的比赛中，杨旭接队友杨昊传球，突入进去冷静低射破门，帮助球队击败对手，最终获得了本届赛事的亚军。 2013年9月10日，杨旭又在对阵马来西亚队的热身赛中头球破门得分。
2014年上半年，由于在联赛中未能获得足够的上场机会，杨旭未能进入中国国家队的集训名单。 但下半年，租借加盟长春亚泰的杨旭，凭借在联赛中的出色发挥，赢得了时任主帅阿兰·佩兰的信任，重新回归国家队 ，并在对阵科威特和泰国的热身赛中分别打进一球 。但由于在对阵巴拉圭对的热身赛中受伤 ，杨旭曾一度前往德国进行手术治疗 。2014年12月23日，杨旭入选了国家队征战2015年澳大利亚亚洲杯的23人大名单。
2015年1月3日，热身赛中国队4-1击败阿曼队的比赛中，杨旭在下半场接队友于汉超助攻推射破门。 随后，杨旭跟随中国国家队参加了亚洲杯的比赛，但在1/4决赛中遇到了实力超群的东道主澳大利亚，最终0-2不敌对手，止步八强。 2015年3月27日，热身赛中国队2-2战平海地队的比赛中，杨旭在第58分钟接队友吉翔传中扫射破门。 2015年6月16日，世界杯预选赛第二阶段中国队客场6-0击败不丹队的比赛中，杨旭首发出战并打进三球。
2019年5月30日，入选国足集训名单。 6月11日，国足凭借杨旭开局阶段的破门，以1:0小胜塔吉克斯坦男足。 8月21日，为备战2022年卡塔尔世界杯亚洲区预选赛预赛阶段(四十强赛)的比赛，中国足协公布国家队35人集训名单，杨旭入选。 8月30日，中国国家男子足球队公布参加广州集训的26人名单，杨旭入选。 9月7日，国足公布世预赛首战24人名单，杨旭入选。 9月10日晚，2022年世界杯亚洲区预选赛40强赛比赛开打，第63分钟，杨旭造点并亲自主罚命中，最终国足以5:0的比分大胜马尔代夫队。 9月26日，中国之队官方公布国足新一期大名单，杨旭入选。 10月29日，中国足协公布了新一期中国男足集训大名单，杨旭入选。
2019年10月10日世预赛40强赛中国队7-0大胜关岛队，此役杨旭在上半场就打进了4球。 11月14日，入选国足战叙利亚23人大名单。
2023年4月11日，35岁的国脚杨旭在直播中宣布退役。