初期

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孙悦受到立陶宛籍主教练尤纳斯·卡兹劳斯卡斯的青睐。[4] 2005年，孙悦入选中国国家男子篮球队，在代表中国国家队出战的22场正式比赛中，孙悦场均拿到3.9分、2.2次助攻，2006年的多哈亚运会中国同乌兹别克斯坦队的小组赛中，孙悦砍下其在国家队生涯单场最高的22分。[5]孙悦国家队经历包括，2005年随中国队夺得卡塔尔多哈亚锦赛男子篮球冠军；进入临时改编的国家队参加东亚运动会获得季军；2006年随中国队闯进世界篮球锦标赛12强并且夺得多哈亚运会男子篮球冠军。

2008年北京奧運会

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2008年，孫悅參加了北京奧運，孫悅是先發得分後衛。在總共的6場比賽中，孫悅場均出場28分鐘，取得6.8分、1.7個籃板、2.5次助攻和1.33次抄截。最為人注目的是他的控球能力及封盖能力，在分組賽對美國隊的比賽中，他就曾封盖霍華德（D. Howard）和安东尼（C. Anthony）。美國隊的主將布莱恩特（K. Bryant）及保羅（C. Paul）也盛讚這位中國隊後衛有著出色的天賦；甚至有美國媒體稱其為小一號的東尼·庫柯奇（Toni Kukoc）。[6]

2009年天津亚锦赛

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2009年，孫悅參加天津男篮亚锦赛，伊朗以72-50擊敗中國，中國止步亞軍。

2010年广州亚运会

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2010年，孙悦作为中国国家队主力组织后卫随队获得亚运会冠军。

2011年武汉亚锦赛

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2011年男篮亚锦赛中表現出色，在武汉体育中心进行的决赛争夺中，东道主中国男篮以70-69战胜约旦男篮，从而以9战全胜的不败战绩赢得本届亚锦赛冠军并获得唯一1张直通2012年伦敦奥运会的入场券。该场比赛CCTV-5的解说嘉宾为姚明、王仕鹏，易建联获得该届男篮MVP。

2012年伦敦奥运会

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在2012年奥运会比赛中

中国队在小组赛中先后输给西班牙、俄罗斯、澳大利亚、巴西等，小组赛未能出线。

2013年马尼拉亚锦赛

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中国队在第一阶段小组赛负于韩国队和伊朗队，第二阶段小组赛又遭到哈萨克斯坦队的的阻击差点败北，在半准决赛被中华队完成17分大逆转，78-96止步八强，最后勉强拿到第五，不仅创下回归亚锦赛后中国男篮一队的最差战绩，更失去了直接晋级2014年西班牙世锦赛的机会。

孙悦9场比赛一共只进了7球，场均2.2分2.8助攻，两分命中率21%，三分命中率14%，表现差劲，更被指出他在对韩国的比赛败局已定的情况下在板凳席上偷笑和在对印度的比赛中对防守失误的队友郭艾伦动粗，引发了中国球迷的不满和嘲讽。有些人甚至在网上留言，攻击孙悦的家人。对此，孙悦无奈地说：“外界的批评我也都虚心接受。但祸不及家人，没打好是我自己的问题，与我家人无关。有什么批评的都冲我来，请别辱骂诋毁我的家人。”