В 2001 году Вальтер Вильчес, не сыгравший за сборную ни одного матча, попал в заявку на Кубок Америки. На этом турнире и состоялся его дебют за национальную сборную. Это произошло в четвертьфинальном матче со сборной Колумбии, который завершился поражением перуанцев со счётом 0:3. Вильче вышел на поле на 65-й минуте матча.