Ab 1960 spielte Mühleisen in der Deutschen Nationalmannschaft. Er gehörte bei der Weltmeisterschaft 1961 zu der gesamtdeutschen Mannschaft, die den vierten Platz belegte. Drei Jahre später nahmen an der Weltmeisterschaft 1964 zwei deutsche Mannschaften teil, Mühleisen belegte mit der bundesdeutschen Mannschaft erneut den vierten Platz. Bei seiner dritten Weltmeisterschaftsteilnahme 1967 in Schweden belegte Mühleisen mit der bundesdeutschen Mannschaft den sechsten Platz. Insgesamt wirkte Mühleisen von 1960 bis 1967 in 58 Länderspielen mit, davon eines im Feldhandball.