Jis buvo nuolatinis Danijos nacionalinės futbolo komandos narys nuo savo debiuto 2001 m. Jis sužaidė 92 rungtynes ir įmušė šešis taškus savo šaliai. Jis atstovavo Danijai 2002 FIFA pasaulio čempionate, 2010 FIFA pasaulio čempionate ir 2004 Europos čempionate.
Tarptautiniai turnyrai. 2001 m. Poulsenas buvo paskelbtas Danijos "metų žaidėju", o 2005 m. ir 2006 m. laimėjo Danijos "Metų žaidėju" apdovanojimus; pirmasis laimėjęs dvejus metus iš eilės.