Mistrzostwa Europy 2016 Courtois rozegrał wszystkie mecze eliminacyjne do Mistrzostw Europy 2016, pomagając w awansie Belgom po raz pierwszy od 16 lat. Nie wystąpił jedynie w dwóch ostatnich meczach z powodu kontuzji. Podczas fazy grupowej imprezy, bramkarz zachował dwa czyste konta, w meczu z Irlandią i Szwecją, a Czerwone Diabły awansowały z drugiego miejsca (porażka z Włochami 0:2). Belgia sensacyjnie odpadła w ćwierćfinale z Walią, przegrywając 1:3. Courtois rozegrał wszystkie pięć spotkań, w których trzy razy udało mu się nie dopuścić do utraty gola. mały|Courtois broniący strzał w meczu ćwierćfinałowym MŚ 2018 z Brazylią.
Mistrzostwa Świata 2018 Courtois został powołany do 23-osobowej kadry Belgii na Mundial 2018 w Rosji. W grupowych zmaganiach bramkarz, dwukrotnie dał się zaskoczyć w jednym spotkaniu przeciwko Tunezji, a w pozostałych dwóch meczach z Panamą (3:0), oraz meczu decydującym o pierwsze miejsce w grupie z Anglią (1:0) zachowywał czyste konto. Jego interwencje w meczu ćwierćfinałowym z Brazylią pozwoliły Belgii awansować do półfinału po raz pierwszy od 1986 roku. Na ostatniej prostej w drodze do wielkiego finału, Courtois wpuścił jedyną i decydującą o losach tego spotkania bramkę, i to Trójkolorowi zagrali w finale. W spotkaniu o trzecie miejsce Belgia nie dała szans Anglikom, wygrywając 2:0.