В 2013 году Вальдес принял участие в молодёжном чемпионате мира в Турции. На турнире он был запасным и на поле не вышел. 29 января 2015 года в товарищеском матче против сборной США Диего дебютировал за сборную Чили. 8 июня 2018 года в поединке против сборной Польши он забил свой первый гол за национальную команду.