W 1974 został powołany na mistrzostwa świata w RFN, na których reprezentacja Polski zajęła 3. miejsce. Jan Tomaszewski na tym turnieju był podstawowym bramkarzem drużyny prowadzonej przez Kazimierza Górskiego, występując we wszystkich siedmiu meczach. Turniej był bardzo udany dla Polaka, jako pierwszy bramkarz w historii mistrzostw świata obronił dwa rzuty karne na jednym turnieju: Staffana Tappera w meczu ze Szwecją oraz Uliego Hoenessa w spotkaniu z RFN. Po turnieju zdobył wielkie uznanie, a Pelé nazwał go najlepszym bramkarzem świata.
W 1976 znalazł się w składzie reprezentacji Polski, prowadzonej wciąż przez Kazimierza Górskiego na turniej olimpijski w Montrealu. W finale reprezentacja Polski przegrała 3:1 z NRD i ostatecznie zdobyła srebrny medal. Rezultat ten uznano w kraju za porażkę, w konsekwencji trener podał się następnie do dymisji.
W 1978 został powołany przez polskiego trenera Jacka Gmocha na mistrzostwa świata w Argentynie. Wystąpił na nich w 4 meczach. Po porażce 2:0 z Argentyną został zastąpiony w bramce przez Zygmunta Kuklę, który bronił w ostatnich dwóch meczach Polaków. Reprezentacja Polski zajęła 3. miejsce w drugiej grupie drugiej rundy i zakończyła swój udział w turnieju.