Il 7 marzo 2008, quando Kumagai aveva 17 anni, ha debuttato per la nazionale giapponese contro il Canada. Nel mese di agosto, Kumagai è stato selezionato per la nazionale giapponese U-20 alla Coppa del Mondo U-20 del 2008. Nel 2010, ha giocato per la squadra U-20 come capitano durante la Coppa del Mondo U-20 del 2010. Nel 2011, è stata parte della squadra giapponese vincitrice della Coppa del Mondo, segnando il penalty vincente nella finale.
contro gli Stati Uniti. È stata anche nella squadra alle Olimpiadi estive del 2012 e alla Coppa del Mondo del 2015. Il Giappone è arrivato secondo in entrambe le competizioni. Nel gennaio 2017, è stata nominata capitano del Giappone dal manager Asako Takakura. Nel 2018, il Giappone ha vinto la Coppa d'Asia 2018. Ha giocato più di 100 partite per il Giappone. Il 10 novembre 2019, Kumagai ha segnato il suo primo gol in una partita amichevole per il Giappone in una vittoria di 2 a 0 contro il Sudafrica.