Op 31 januari 2017 werd bekend dat Zozoelja het seizoen op huurbasis bij Rayo Vallecano zou afmaken. Zijn komst ging gepaard met protesten van de fans van de club, die boos waren over zijn vermeende extreemrechtse kant. Zozoelja ontkende dit in een door hem geschreven open brief aan de fans van Rayo Vallecano, waarin hij schreef dat hij niets anders gedaan had dan vrijwillig het Oekraïense leger helpen tijdens de Russische militaire interventie in Oekraïne. Op 1 februari 2017 werd Zozoelja's contract ontbonden als gevolgen van de aanhoudende reacties van de fans en keerde hij terug naar Betis.[2]
Zozoelja maakte op 2 juni 2010 zijn debuut in het Oekraïens voetbalelftal in een vriendschappelijke wedstrijd tegen Noorwegen. Hij maakte het enige doelpunt van de wedstrijd op aangeven van Jevhen Konopljanka.[3] Op 22 maart 2013 scoorde hij opnieuw voor zijn land in een WK-kwalificatiewedstrijd tegen Polen in Warschau. Op 15 november 2013 won Oekraïne de play-offwedstrijd voor het WK 2014 tegen Frankrijk met 2–0, dankzij een doelpunt en een strafschop van Zozoelja.[4] Op 19 mei 2016 werd hij opgenomen in de Oekraïense selectie voor het Europees kampioenschap voetbal 2016 in Frankrijk.[5] Oekraïne werd in de groepsfase uitgeschakeld na nederlagen tegen Duitsland (0–2), Noord-Ierland (0–2) en Polen (0–1).