Успіхи в київському «Динамо» побачили головні органи ФФУ, і за декілька місяців запросили Михайличенка на посаду головного тренера молодіжної збірної України. Першим випробуванням для тренера став Чемпіонат світу-2005 U-20. В групі українці посіли друге місце, а в 1/8 фіналу за кращої якості гри поступилися майбутнім віцечемпіонам — збірній Нігерії. Особливо вирізнявся на чемпіонаті молодий Олександр Алієв, який з 5 голами посів друге місце в рейтингу найкращих бомбардирів турніру, а також Артем Мілевський, якого Михайличенко розкрив ще тренуючи «Динамо».