Spotkanie zostało rozegrane 3 marca, Chorwacja zwyciężyła 1:0, a Lukaku spędził na boisku 77 minut.
11 października 2013 strzelił dwa gole, gdzie Belgia pokonała Chorwację 2:1 i zapewniła sobie awans na Mistrzostwa Świata 2014 w Brazylii. W maju 2014 znalazł się w kadrze Belgii na Mistrzostwa Świata 2014. 26 maja 2014 strzelił swojego pierwszego hat-tricka w towarzyskim meczu wygranym 5:1 z Luksemburgiem. 1 czerwca 2014 strzelił gola w wygranym 2:0 towarzyskim meczu ze Szwecją.
W pierwszym meczu grupowym Belgii na Mistrzostwach Świata 2014 wygranym 2:1 z Algierią, wyszedł w podstawowym składzie i grał 58 minut, po czym zastąpił go Divock Origi. W 1/8 finału wszedł na boisko jako zmiennik przed dogrywką i trzy minuty później asystował przy zdobyciu pierwszej bramki Kevina De Bruyne a w 105. minucie strzelił swojego pierwszego gola w turnieju, gdzie Belgia pokonała Stany Zjednoczone 2:1. W ćwierćfinale przegranym 0:1 z Argentyną jako zmiennik wszedł na boisko w 59 minucie meczu za Divocka Origiego.
29 marca 2016 w meczu towarzyskim przegranym 1:2 na wyjeździe z Portugalią, strzelił gola honorowego gdzie asystę przy golu zaliczył jego brat Jordan Lukaku. Na Mistrzostwach Europy 2016 we Francji (18 czerwca) strzelił dwa gole w wygranym meczu 3:0 w drugiej fazie grupowej z Irlandią.