Kariera reprezentacyjna Vitaioli występował w juniorskich i młodzieżowych reprezentacjach San Marino w kategoriach U-17, U-19 oraz U-21. W rozgrywkach międzynarodowych zadebiutował 24 września 2004 w przegranym 0:8 meczu z Portugalią U-17. 18 października 2005 zdobył bramkę w spotkaniu przeciwko Wyspom Owczym U-17 (3:3) w kwalifikacjach Mistrzostw Europy 2006.
17 października 2007 zadebiutował w seniorskiej reprezentacji San Marino w przegranym 1:2 meczu z Walią w ramach eliminacji Mistrzostw Europy 2008. 15 listopada 2014 podczas eliminacji Mistrzostw Europy 2016 wystąpił w zremisowanym 0:0 spotkaniu przeciwko Estonii. San Marino zdobyło tym samym pierwszy w historii punkt w kwalifikacjach mistrzostw Europy i przerwało jednocześnie serię 61 porażek z rzędu. 8 września 2015 w meczu z Litwą (1:2) w eliminacjach EURO 2016 zdobył z rzutu wolnego pierwszą bramkę dla drużyny narodowej.
Kontrowersje W lipcu 2017 roku został przez komisję dyscyplinarną FSGC zawieszony na 3 miesiące za grę w zakładach bukmacherskich.
Życie prywatne Jego brat Fabio (ur. 1984) również jest piłkarzem występującym obecnie w reprezentacji San Marino. Obaj zawodnicy prowadzili wspólnie bar, którego byli właścicielami.