Han deltog i Danmarks første officielle landskamp, spillet ved OL 1908, da han som innerwing scorede fire mål i 9-0 sejren mod Frankrigs A-hold. Han scorede yderligere fire mål i kampen mod Frankrigs B-hold, som Danmark besejrede med 17-1, den største sejr nogensinde for et dansk fodboldlandshold. I finalen tabte Danmark 2-0 til Storbritannien og vandt således sølvmedaljer. Fire år senere ved OL i Stockholm scorede Wolfhagen ét mål i Danmarks tre indledende kampe, inden holdet igen blev besejret af Storbritannien i finalen. Han afsluttede sin landsholdskarriere i oktober 1917 efter at have scoret 14 mål i 18 landskampe. Han sluttede karrieren fuldstændigt i 1918 efter en meniskoperation.
DK football1908.jpg Danish football team in 1908 Olympic Games at London. Top row, f. l. t. r. two officials, Harald Hansen, Harald Bohr, Sophus Nielsen, Marius Andersen, Oskar Nielsen. Middle row, f. l. t. r. official, Johannes Gandil, Charles Williams (coach), Charles von Buchwald, Bjørn Rasmussen, Kristian Middelboe, Nils Middelboe, Ludvig Drescher. Front row, f. l. t. r. August Lindgren, Knud Hansen, H. P. Katberg (DBU), Ludvig Syslov (DBU), Dr. Jørgen Jensen (DBU), Vilhelm Wolfhagen. At the front, f. l. t. r. Ødbert Bjarnholt, Magnus Beck, Einar Middelboe.
Football at the 1912 Summer Olympics - Denmark squad.JPG Denmark national football team at the 1912 Summer Olympics. From left to right: Olsen, S. Nielsen, H. Hansen, Berth, P. Nielsen, S. Hansen, Middelboe, Buchwald, O. Nielsen, Jørgensen, Wolfhagen.