Maxim Vylegzhanin commence à prendre part à des compétitions officielles de la FIS en 2001, puis à ses premiers et seuls championnats du monde junior en 2002. C'est trois ans plus tard, qu'il est sélectionné pour l'équipe nationale dans la Coupe du monde à Pragelato. Lors de sa troisième course individuelle, le cinquante kilomètres à Oslo, il prend une sixième place qui lui vaut ses premiers points pour cette compétition. Son premier succès international intervient en 2007, lors qu'il gagne la médaille d'or du trente kilomètres à l'Universiade. Juste après, il est encore dans le top dix du cinquante kilomètres d'Oslo avec le septième rang, puis monte sur son premier podium avec le relais à Falun.