Am 14. Juni 2008 gab er in einem Weltliga-Spiel sein Debüt in der A-Nationalmannschaft. Zwei Monate später nahm er mit Russland an den Olympischen Spielen in Peking teil und gewann die Bronzemedaille. Danach gewann er 2011 die Weltliga ebenso wie den World Cup. Bei der Europameisterschaft im selben Jahr, die sein Team auf dem vierten Rang beendete, wurde Michailow als bester Scorer und Angreifer ausgezeichnet. 2012 holte sein Team die Goldmedaille bei den Olympischen Spielen in London. Mit der Nationalmannschaft gewann er des Weiteren 2013 erneut die Weltliga, 2013 und 2017 die Europameisterschaft und 2018 die Nations League. Bei den Olympischen Spielen im Jahr 2021 holte er die Silbermedaille. Während der Eröffnungsfeier (gemeinsam mit der Fechterin Sofja Welikaja) war er der Fahnenträger seiner Nation.