Carmelo spielte zwischen 1954 und 1963 13-mal für Spanien. Mit der Auswahl seines Heimatlandes nahm er an der Fußball-Weltmeisterschaft 1962 in Chile teil, kam dort jedoch nicht an Stammkeeper José Araquistáin vorbei. Die spanische Mannschaft schied ohne Carmelo im Tor kläglich in der Vorrunde aus. Er beendete seine Karriere im Nationalteam 1963, also ein Jahr, bevor Spanien Europameister wurde.