Największy sukces w karierze Mario Vallotto osiągnął w 1960 roku, kiedy wspólnie z Luigim Arientim, Franco Testą i Marino Vigną zdobył złoty medal w drużynowym wyścigu na dochodzenie podczas igrzysk olimpijskich w Rzymie. Na rozgrywanych rok wcześniej mistrzostwach świata w Amsterdamie Włoch zdobył srebrny medal w indywidualnym wyścigu na dochodzenie amatorów, ulegając jedynie Rudiemu Altigowi z RFN.