Hän pelasi Venäjän maajoukkueessa nuorempien ikäluokkien jälkeen ja voitti nuorison maailmanmestaruuden vuonna 2008. Lisäksi hänet nimitettiin turnauksen tärkeimpäksi pelaajaksi. Khmyrova teki debyyttinsä saman vuoden Eurooppa-mestaruuskilpailussa.
, jossa hän sai pronssimitalin. Seuraavana vuonna maailmanmestaruuskilpailussa Tatjana oli osa kultamitalin voittaneita joukkueita ja osallistui Euroopan mestaruuskilpailuun vuonna 2010, jossa hän sijoittui seitsemänneksi. Hän osallistui vuoden 2011 naisten käsipallon maailmanmestaruuskilpailuun Brasiliassa, jossa Venäjän maajoukkue sijoittui kuudenneksi, ja vuoden 2012 kesäolympialaisiin, joissa Venäjän maajoukkue sijoittui kahdeksanneksi.