Xabi Alonso debuterte for Spania sitt A-landslag i april 2003 i ein privatlandskamp mot Ecuador. Han spelte to kampar, ein frå start og ein som innbytar, i fotball-EM i 2004. Han skåra det første landslagsmålet sitt under fotball-VM i 2006. Då Spania vart europameistrar i 2008 spelte han for det meste som innbytar, i fire av Spania sine seks kampar. I VM i 2010 spelte han frå start i alle dei sju kampane då Spania vart verdsmeistrar i Sør-Afrika. I EM i 2012 spelte han igjen heile kampen i alle Spania sine kampar då dei igjen vart europameistrar.