7. október 2015 gerði Mayoral sitt fyrsta leiki fyrir U21 landslið í undankeppni gegn Georgíu fyrir EM 2017.
; hann skipti út Samu Castillejo með klukkutíma leik og níu mínútum síðar breytti aðstoð Saúl Ñíguez í 5<unk>2 comeback sigri. Hann skoraði hattrick á útivelli hjá Norður-Írlandi U21 í hópi 2 í undankeppni U21 Evrópumótarinnar.