В сборной команде Перу Вильянуэва дебютировал в 19-летнем возрасте на ЧЮА-1927. Затем он играл на чемпионате мира 1930 и на Летних Олимпийских играх 1936 в Берлине, где перуанская команда достигла полуфинала, победив 7:3 Финляндию и 4:2 Австрию. В этих двух матчах Вильянуэва сделал по «дублю». Всего он сыграл за сборную 11 матчей и забил 6 мячей.