Il obtient sa première cape avec le pays de Galles, le , contre l'Argentine[7]. Une semaine plus tard, il fait ses débuts en tant que titulaire, à la suite du forfait du capitaine Ryan Jones, contre les Wallabies[8].
Début 2011, il est sélectionné pour participer au Tournoi des Six Nations[9]. En août de la même année, il est retenu par Warren Gatland dans la liste des trente joueurs gallois qui disputent la Coupe du monde 2011[10]. Il joue les deux premiers matchs de poule contre l'Afrique du Sud et les Samoa mais se blesse durant le deuxième match, le rendant forfait pour les deux autres matchs de la phase de groupes[11]. Cependant, il est de retour pour le quart de finale remporté face aux Irlandais[12]. Il dispute la demi-finale perdue face au XV de France[13], puis la finale pour la troisième place, également perdue, contre l'Australie[14].
Pour la saison 2013-2014, il signe un contrat au Racing Métro 92 mais ne s'y impose pas. Dans la perspective de la prochaine Coupe du monde qui aura lieu en partie au pays de Galles, il est libéré de son contrat en et rentre au pays pour s'engager avec les Ospreys[17].
Durant le début d'année 2021, il est appelé de nouveau par le staff gallois pour participer au Tournoi des Six Nations soit deux ans et demi après sa dernière sélection et cinq ans après sa dernière participation à un Tournoi des Six Nations[19]. Le sélectionneur gallois, Wayne Pivac, l'aligne d'entrée face à l'Irlande pour la première journée[20]. Néanmoins, il subit une grave blessure au ligament croisé antérieur au bout de douze minutes de jeu et est donc obligé de se faire opérer, le rendant forfait pour le reste de la compétition[21]. Son équipe remporte la compétition par la suite[22].
Il fait son retour à la compétition un an plus tard avec les Ospreys, retrouvant rapidement un bon niveau, sa province le prolonge alors jusqu'à la fin de la saison suivante en 2023[23]. Par la suite, la sélection galloise fait de nouveau appel à lui pour disputer la tournée estivale en Afrique du Sud[24]. Il est titulaire dans les trois rencontres de la série où il réalise de bonnes performances avec notamment dix-huit plaquages réussis sur dix-huit tentés en 60 minutes lors du deuxième test[25],[26].
En , son retour dans la franchise des Dragons (anciennement Newport Gwent Dragons) est officialisé pour la saison 2023-2024 après neuf saisons passées aux Ospreys[27]. Le même mois, Warren Gatland le convoque dans une pré-liste de 54 joueurs pour préparer la Coupe du monde[28]. Finalement, en août, il fait partie du groupe final amené à disputer la compétition[29]. Durant la compétition, il dispute seulement une rencontre, en tant que titulaire, contre le Portugal lors de la phase de poule[30]. Son équipe est ensuite éliminée en quart de finale par l'Argentine[31]. Quelques jours après cette élimination, il est de nouveau retenu dans le groupe gallois pour affronter les Barbarians lors d'une rencontre non-officielle prévue début novembre suivant[32]. Durant cette rencontre, il est titularisé et prend part à la victoire 49-26 de son équipe[33].
Au , Dan Lydiate compte 72 sélections avec le pays de Galles, dont 67 en tant que titulaire[4]. Il obtient sa première sélection le à Cardiff contre l'Argentine[4].
Il est l'un des joueurs majeurs du XV du Poireau des années 2010, formant avec Sam Warburton et Toby Faletau l'une des meilleures troisièmes-ligne du monde[37].
Il compte également trois sélections avec les Lions, lors des trois tests de la tournée 2013 en Australie face aux Wallabies, le premier en tant que remplaçant et les deux autres en tant que titulaire. Lors de celle-ci, il dispute un total de huit rencontres, dont la première de la tournée face aux Barbarians, match où il inscrit son seul essai de la tournée[38].
