Selección Chilena

En la Selección Adulta debutó en un partido amistoso entre la Selección Chilena y el Club Universidad Catolica Luego jugó ante Nueva Zelanda en un amistoso, y además en los tres partidos de la gira a Europa de 2006: Irlanda en Dublin,Costa de Marfil  en Vittel (Francia) y Suecia en Estocolmo, en este último partido sorprendió al practicar un regate, o mareo con "rabona", o gambeta, incluida, que según la Agencia EFE "le quebró la cintura al lateral Mikael Nisson ". Su remate posterior se fue apenas desviado, y el delantero aseguró: "siempre me gusta jugar así, hacer cosas inesperadas. Me emociona hacer cosas que a la gente le guste. Si anotaba tras la jugada que hice, hubiera celebrado con todo".

Más tarde, en las Eliminatorias al Mundial de Sudáfrica 2010, Alexis se transformó en una de las grandes figuras del equipo. Fue la figura en la victoria 3-1 sobre Perú, el 29 de marzo de 2009, anotando el primer gol y participando en los otros dos goles; y el 10 de junio, donde marcó dos goles en la victoria por 4-0 de Chile sobre Bolivia, consolidándose como el mejor jugador de la Selección Chilena en las eliminatorias. Además, Sánchez fue determinante en el primer gol a Brasil en la derrota por 4 goles a 2.

Tres años más tarde, Aléxis Sánchez participaría activamente en el rendimiento de la Selección Chilena en la Copa Mundial de Fútbol 2010, destacando por sobre todo en la creación de jugadas ofensivas.

Al año siguiente, en julio de 2011, participó en la Copa América celebrada en Argentina , donde Chile empató 1 a 1. La Selección llegó a cuartos de final tras ser derrotada por el cuadro de Venezuela. Sánchez fue elegido en dos ocasiones "Mejor Jugador del Partido", en los encuentros disputados ante Mexico y Uruguay.