Vellonen, der für den Savonlinnan Hiihtoseuran startete, gewann im Jahr 1949 bei den Lahti Ski Games und bei den Svenska Skidspelen jeweils den 18-km-Lauf.[1][2] Im folgenden Jahr holte er bei den nordischen Skiweltmeisterschaften in Lake Placid die Silbermedaille mit der Staffel und errang zudem den sechsten Platz über 18 km.[3] Im Jahr 1952 siegte er erneut bei den Svenska Skidspelen über 18 km[2] und kam bei den Lahti Ski Games auf den dritten Platz über 18 km.[1] Im folgenden Jahr gewann er bei den Svenska Skidspelen den 50-km-Lauf und belegte über 18 km den dritten Platz.[2] Bei den Lahti Ski Games lief er im März 1953 auf den zweiten Platz über 50 km.[1] Bei finnischen Meisterschaften siegte er 1949 über 15 km und 1952 und 1953 über 50 km.