ב-1960, בגיל 24, הביס טל את מיכאל בוטביניק בתוצאה 12.5-8.5 בדו-קרב הראשון שלו על אליפות העולם בשחמט, ובכך הפך לאלוף הצעיר ביותר עד זמנו (שיא שנשבר רק כעבור כחצי יובל על ידי גארי קספרוב). בוטביניק ניצח את טל כשנה לאחר מכן באליפות העולם ב-1961. נטען שזוהי תוצאה של הצלחת בוטביניק ללמוד את סגנונו, דרכי חשיבתו, ופעולתו של טל על הלוח. יתר על כן, טל סבל מבעיות בריאותיות במהלך הדו-קרב החוזר מול בוטביניק, כולל פעם אחת בה הובהל לבית החולים ואושפז למשך יומיים (על חשבון ימי המנוחה). על פי הנהלים, טל היה יכול לבקש דחייה בין המשחקים בשל בריאותו הרופפת, אך זאת בתנאי שבוטביניק יבחר את הרופא שיקבע אם טל כשיר להמשיך לשחק (על ידי שליחת מכתב לאגודת השחמט העולמית). טל טען בספרו ("החיים והמשחקים של מיכאל טל") כי לא רצה להתעסק עם כל הניירת ורק רצה לשחק. למרות מצבו הרפואי, טל לא השתמש בכך כסיבה להפסדו לבוטביניק במשחק החוזר באליפות העולם. בקריירה המאוחרת שלו זכה טל להישגים רבים בשל ניתוח להסרת כליה שעבר (אליו חיכה שנים) ששיפר את מצבו הבריאותי. טל זכה בהישג בולט כשהגיע למקום הראשון, בצוותא עם אנטולי קרפוב, ב"תחרות הכוכבים", שנערכה במונטריאול. במהלך התחרות, הפגין טל רמת משחק גבוהה מאוד נגד רבים מטובי רבי האמנים של אותה תקופה. בשל השפעתו על השחמטאי הלטבי-ספרדי, אלכסיי שירוב ועל שחקנים לטבים אחרים, היו שהחשיבו אותו ליוצר האסכולה הלטבית בשחמט.