Luego del subcampeonato con Palestino fue fichado para 2009 por Audax Italiano quien compró el 80% de su pase y un contrato por 3 temporadas.
Convierte su primer gol con la camiseta alba en la decimotercera fecha del Clausura 2011, en la victoria de su club por 3-1 ante Santiago Morning.
El 19 de octubre se jugaba el clásico del fútbol chileno en el Estadio Monumental, Colo Colo venció por 2-0 a la Universidad de Chile, Vilches fue titular y jugó todo el partido.
Después en octubre del mismo año fue nominado para los 2 primeros partidos por las Clasificatorias a Brasil 2014 frente a Argentina y Perú el 7 y 11 de octubre, pero Vilches no jugó.
[8] 1 mes después en noviembre, Vilches fue nominado para los partidos clasificatorios contra Uruguay y Paraguay, pero nuevamente no vio acción.