7 października 2015 roku Mayoral zadebiutował w drużynie U21 w meczu kwalifikacyjnym z Gruzją na Mistrzostwa Europy 2017
; zastąpił Samu Castillejo z godziną gry, a dziewięć minut później przekształcił asystę Saúl Ñíguez w zwycięstwo 5 na 2. Zdobył hat-trick na wyjeździe w reprezentacji Irlandii Północnej U21 w grupie 2 kwalifikacji do Euro U21.