A nivel de selecciones menores representó a Francia, pero en noviembre de 2010 decidió representar a Malí a nivel de selección absoluta.
[2] Debutó con Malí el 8 de febrero de 2011 donde jugó 45 minutos en la derrota por 0-1 ante Costa de Marfil en un partido amistoso, y su primer gol internacional lo anotó el 11 de noviembre de 2011 en el empate 1-1 ante Burkina Faso.
[3] Fue convocado para jugar en la Copa Africana de Naciones 2012,[4] donde ingresó de cambio al minuto 64 por Cheick Diabaté en la victoria por 1–0 ante Guinea.
[5] Una semana después anotó en la victoria por 2-1 ante Botsuana, siendo ese su único gol con la selección nacional.
[6] Malí terminó en tercer lugar del torneo, con Dembélé jugando cinco de los seis partidos.