Gracias a sus buenas actuaciones atrajo la atención del Calcio Catania que lo contrató por 3 millones 350 mil dólares.

Luego, tuvo la oportunidad de ser titular bajo la dirección técnica del uruguayo Ricardo Ortiz, en la Copa Libertadores 2003, donde el cuadro crema luchó hasta la última fecha pero fue eliminado en la primera fase.

En su primera temporada con el club argentino disputó dieciocho encuentros y anotó tres goles en la liga.

En el Torneo Clausura 2006 anotó un gol en treinta y nueve encuentros del campeonato nacional.

Cuando empezaba la segunda parte del año 2006 y el club se preparaba para el Torneo Apertura de dicha temporada, una oferta del Portsmouth F. C. de Inglaterra hizo que el peruano viajara a Europa.

[9]​ Tras no llegar a un acuerdo con el cuadro inglés,[10]​ fue fichado por el Calcio Catania de Italia.

Su debut con el cuadro catanesi se produjo en un encuentro amistoso ante el U. S. Palermo que finalizó con marcador de 5:1 a favor del Catania.

[18]​ Debido a sus buenas actuaciones con el Calcio Catania, fue pretendido por grandes equipos de Europa como el Real Madrid, Roma, Juventus, Barcelona,[19]​[20]​[21]​[22]​ entre otros.

En el encuentro de ida disputado en el Estadio José Alvalade anotó el 1:0 para el club viola, finalizando este empatado 2:2.

Anotó por primera vez en la temporada recién en la fecha veintinueve, en un partido contra el ChievoVerona el cual finalizó 1:0 a favor de su equipo.

[47]​ Dos semanas después sufrió una rotura en su músculo abductor izquierdo, perdiéndose cinco partidos de liga.

[48]​ En la segunda parte del campeonato no tuvo ninguna lesión de consideración por lo que vio acción con mucha más frecuencia.

[55]​ La Fiorentina finalizó la temporada en el cuarto lugar con sesenta y cuatro puntos,[56]​ con Vargas presente en diecinueve encuentros.

[58]​ En dicha competición disputó nueve encuentros y marcó tres goles en la fase grupos.

El 5 de febrero marcó su primer gol desde su retorno en el empate 1:1 ante Sport Huancayo por la primera fecha del Campeonato Descentralizado 2017.

Su último partido como profesional se dio el 29 de septiembre del 2018 en el Ciudad de Cumaná en la derrota por 4:2 ante el Ayacucho F. C., luego no sería tomado en cuenta por el técnico Nicolás Córdova, dejando 6 goles en dos años defendiendo las sedas merengues, donde se retiró del fútbol a los 34 años.

[72]​ A pocos días del inicio de la Copa América 2011, sufrió un desgarro muscular por lo que su participación en la competición estuvo en duda.

[78]​ Fue nuevamente alineado como titular en las semifinales contra Uruguay, aunque fue expulsado al darle un codazo al defensa Sebastián Coates a los sesenta y ocho minutos de dicho encuentro, en el que Perú perdió por 0:2.

[79]​ Finalmente el conjunto peruano derrotó a Venezuela por 4:1 y ocupó el tercer lugar.

[82]​ Cuatro días más tarde obtuvo su primera victoria al derrotar por marcador de 1:0 a Venezuela.

En la siguiente ronda enfrentaron al seleccionado de Chile, donde los locales salieron victoriosos por 2:1.

Vargas jugaba en el lateral izquierdo, en la banda o en el medio campo, tanto en posición ofensiva como defensiva.

Vargas impresionaba por su habilidad para regatear el balón y realizar tiros notables a puerta.