Bolotnikov juoksi 10 000 metrin maailmanennätyksen 28.18,8 lokakuussa 1960 Kiovassa ja paransi sitä aikaan 28.18,2 elokuussa 1962 Moskovassa. Hän voitti Euroopan mestaruuden 10 000 metrillä ajalla 28.54,0 (eroa hopeamitalistiin 7,6 sekuntia) ja sai pronssimitalin 5 000 metrillä ajalla 14.02,6 Belgradissa 1962. Hän osallistui kolmansiin kesäolympialaisiinsa Tokiossa 1964 ollen 10 000 metrillä 25:s. Bolotnikov lopetti urheilu-uransa vuonna 1965.