В сборной Чили Леопольдо Вальехос дебютировал 18 августа 1968 года в матче со сборной Перу, завершившимся со счётом 2:1. В составе сборной Вальехос принял участие в чемпионате мира 1974 года и Кубке Америки 1975 года. Свой последний матч за сборную Вальехос сыграл в отборочном турнире к чемпионату мира 1978 года против сборной Перу 26 марта 1977 года, тот матч чилийцы проиграли со счётом 0:2, из-за чего не смогли выйти в финальный турнир. Всего же за сборную Вальехос сыграл 20 официальных матчей, в которых пропустил 36 голов.