7. lokakuuta 2015 Mayoral teki debyyttinsä U21-joukkueen joukkueessa, joka pelasi Georgian kanssa ottelussa vuoden 2017 Euroopan mestaruuskilpailussa.
; hän korvasi Samu Castillejon tunnin pelattuaan, ja yhdeksän minuuttia myöhemmin Saúl Ñíguezin avustaja käänsi 5<unk>2 comeback-voiton. Hän teki hattutrikin vieraana Pohjois-Irlannin U21-joukkueessa seuraavan U21-Euroopan kvalifikatiokampanjan ryhmässä 2.