Ở cấp độ đội tuyển, Ngọc Thắng là gương mặt quen thuộc ở U.23 Việt Nam. Anh từng cùng U.23 Việt Nam giành 2 chức vô địch U.23 Đông Nam Á liên tiếp vào các năm 2022 và 2023. Đặc biệt là ở giải đấu khu vực năm 2023, Ngọc Thắng đã cho thấy được sự tiến bộ rõ rệt về mặt chuyên môn khi chơi ở hàng thủ và và góp công lớn giúp U.23 Việt Nam nâng cúp. Dưới thời HLV Troussier, trung vệ này cũng được trọng dụng tại SEA Games 32 và xuất hiện trong cả 3 trận ở vòng loại U.23 châu Á 2024.xoilac.tv 90 phut