W 1982 r. zadebiutował na mistrzostwach świata biorąc udział w mistrzostwach w Oslo. Wraz z Larsem Erikiem Eriksenem, Ove Aunlim i Oddvarem Brå zdobył tam złoty medal w sztafecie 4x10 km. Jego najlepszym wynikiem na tych mistrzostwach było 10 miejsce w biegu na 15 km techniką dowolną. Na mistrzostwach świata w Seefeld Norwegowie w składzie Arild Monsen, Pål Gunnar Mikkelsplass, Tor Håkon Holte i Ove Aunli zdobyli drugi z rzędu złoty medal w sztafecie. W indywidualnych startach Mikkelsplass plasował się poza czołową dziesiątką. Lepiej zaprezentował się na mistrzostwach świata w Oberstdorfie, gdzie zajął między innymi 4 miejsce w biegu na 15 km techniką klasyczną. Na tych samych mistrzostwach sztafeta norweska z Mikkelsplassem w składzie wywalczyła brązowy medal. Dwa lata później, podczas mistrzostw świata w Lahti zdobył kolejny medal. Wywalczył tam srebrny medal na dystansie 15 km stylem klasycznym, szybszy był jedynie Harri Kirvesniemi z Finlandii. Startował także na mistrzostwach świata w Val di Fiemme w 1991 r. Nie odniósł tam jednak sukcesu, zajmując jedynie 12 miejsce w biegu na 10 km techniką klasyczną.