Vallejo kwam uit voor diverse Spaanse nationale jeugdelftallen. Hij was aanvoerder van zowel het Spanje – 19 waarmee hij het EK –19 van 2015 won als van het Spanje –21 waarmee hij het EK –21 van 2019 won. Hij was ook basisspeler in het Spanje –21 dat de finale van het EK –21 van 2017 haalde.