ホテルの代名詞とも言えるのが、自家源泉を有する大浴場「八右衛門の湯」です。重厚な丸太の梁が組み上げられた吹き抜けの木造建築は、足を踏み入れた瞬間にほのかな木の香りと濃厚な硫黄の香気に包まれます。天井高は約6.5メートルに達し、立ち込める湯けむりを自然に逃がす伝統的な湯小屋構造が採用されています。
蔵王温泉の魅力の根幹にあるのが、源泉掛け流しがもたらす卓越した効能です。湧出時の泉質はpH1.3〜1.6前後の強酸性・酸性・含硫黄-アルミニウム-硫酸塩・塩化物温泉。古くから「美人づくりの湯」「皮膚の治癒湯」として親しまれ、肌の古い角質を落とすピーリング作用や、血行促進による疲労回復に優れています。八右衛門の湯では、空気に触れることで青みを帯びた乳白色へと変化する繊細な生きた湯を、加水・加温を極力排した純度100％の掛け流しで堪能できます。
さらに、プライベートな入浴を望む層から圧倒的な支持を集めているのが、趣の異なる3つの離れ風貸切風呂です。蔵王国際ホテルの貸切露天風呂の予約は宿泊者優先となっており、50分単位での利用枠が設定されています。湯船から四季折々の山並みや雪景色を独占できる贅沢さは、ファミリー層やカップルから絶賛されています。なお、宿泊を伴わない立ち寄り客向けの蔵王国際ホテルの日帰り温泉料金は、大人1,300円前後（利用可能時間：12:00〜16:00頃、混雑状況による制限あり）に設定されており、観光ドライブの合間にこの極上の名湯だけを体験するツーリストも後を絶ちません。
