У 2014 році Карлос потрапив у заявку національної команди на участь у чемпіонаті світу у Бразилії, де був основним гравцем, зігравши у чотирьох з п'яти іграх. Також основним гравцем Санчес був на наступних розіграшах Кубка Америки 2015 року у Чилі та 2016 року у США. На другому з них команда здобула бронзові нагороди.