Vallejo war Mannschaftskapitän der spanischen U19-Auswahl, die die U19-Europameisterschaft 2015 gewann. Im Juni 2017 nahm er mit der U21-Auswahl an der der U21-Europameisterschaft teil, kam in vier Spielen zum Einsatz und erreichte mit seiner Mannschaft das Finale, welches mit gegen Deutschland verloren ging. 2019 nahm er erneut an der U21-EM teil und bestritt als Mannschaftskapitän vier Turnierspiele. Im Finale traf Spanien erneut auf Deutschland und gewann diesmal mit . Im Anschluss wurde Vallejo in die Mannschaft des Turniers gewählt.