Vargas debütierte am 13. Oktober 2004 beim WM-Qualifikationsspiel gegen Paraguay in der peruanischen Fußballnationalmannschaft. Sein erstes Tor schoss er am 12. September 2007 beim Freundschaftsspiel gegen Bolivien. Bei der Copa América 2011 und der Copa América 2015 erreichte er mit Peru den dritten Platz.