Mais Cea connaît surtout la gloire avec l'équipe nationale, dont il porte les couleurs à 27 reprises entre novembre 1923 et décembre 1932, pour un total de 13 buts et avec laquelle il remporte les plus grandes compétitions du moment : Championnat sud-américain, en 1923 et 1924, Jeux olympiques de 1924 et 1928, et enfin la première Coupe du monde de football, à domicile, en 1930.