Долговязый форвард давно находится на карандаше у тренеров сборной, но в основном составе играет редко, хотя и стал уже чемпионом мира. Один из самых результативных испанских нападающих, который львиную долю мячей забивает головой.

В отборочном цикле Евро-2012 Льоренте забил три гола в пяти матчах, сделав дубль в домашней встрече с Лихтенштейном. Куда важнее оказался его победный гол в гостевой встрече с Шотландией – через пару минут после того, как Льоренте заменил Давида Сильву. Но в любом случае большой вопрос, сумеет ли он быть первым номером испанской сборной, но на замену всегда готов выйти. Так, на чемпионате мира в ЮАР сыграл лишь менее тайма, но его выход в матче 1/8 финала с Португалией заметно оживил игру.

Льоренте сыграл также несколько матчей за сборную Басконии.