El 12 de septiembre de 2007 debutó con la selección mayor en un amistoso contra la Selección de Brasil, entrando de cambio en el segundo tiempo. El miércoles 17 de octubre de 2007 Carlos Vela anotaría su primer gol ante la Selección de Guatemala al minuto 30 tras un remate perfecto con la derecha gracias a un pase de César Villaluz para poner el empate en el marcador, aunque México terminaría cayendo con un marcador de 3-2. Su segundo gol lo marcó el domingo 9 de junio del mismo año contra la Selección de Perú en un escandaloso 4-0 a favor de los aztecas. El gol se produjo cuando en una pelota dividida techo al guardameta de Perú simplemente para que Carlos anotara el 3-0 en ese momento. En 2010 rumbo a sudafrica en contra de Nueva Zelanda marca un golazo quitandose a 3 defensas partido que mexico ganaria 2-0 el otro gol fue de Javier Hernández. El 3 de Junio marca otro tanto en un amistoso frente al campeon del mundo Italia, gol con el que abrio el marcador a los 17 minutos, al final el marcador seria de 2-1 a favor de los mexicanos.
