Imponujące występy w drużynie młodzieżowej zaowocowały powołaniem do dorosłej kadry na Puchar Sześciu Narodów 2011, w którym jednak nie wystąpił z uwagi na kontuzję kostki. Ostatecznie swój debiut Faletau zaliczył w uznanym za oficjalne czerwcowym spotkaniu z Barbarians. Mając na koncie zaledwie trzy występy w drużynie narodowej, urodzony na Tonga 20-latek otrzymał powołanie na Puchar Świata. W trakcie turnieju wystąpił we wszystkich siedmiu meczach reprezentacji Walii, która ostatecznie zajęła czwarte miejsce. Dodatkowo zdobył dwa przyłożenia (w tym w meczu pierwszej kolejki z Południowa Afryką) i wykonał 75 szarż (wszystkie skuteczne). Turniejem tym ugruntował swoje miejsce w drużynie narodowej – przez kolejne lata prezentował bardzo wysoką i równą formę, dzięki czemu występował w niemal wszystkich meczach walijskiej reprezentacji.
W 2012 roku wraz z walijską kadrą podczas Pucharu Sześciu Narodów wywalczył Wielki Szlem, a rok później z zaledwie jedną porażką zdołał obronić tytuł mistrzowski.
Również w 2013 roku Toby znalazł się w składzie British and Irish Lions, drużyny która wówczas rywalizowała z Australią – wystąpił w ostatnim z trzech test-meczów.
W sierpniu 2015 Faletau został powołany na swój drugi Puchar Świata, który rozgrywany był w Anglii.