I 2006 spilte Mikkelsen mot Stine Stengade og Jana Plodková i Ole Christian Madsens film . For rollen som Christoffer ble han nominert til Bodilprisen for beste mannlige hovedrolle og Robertprisen for årets mannlige hovedrolle i 2007 og han vant en Zulu Award i en lignende kategori. Samme år fikk Mikkelsen sin første store internasjonale suksess i rollen som skurken Le Chiffre i James Bond-filmen, . I 2006 hadde Mikkelsen hovedrollen i Susanne Biers drama hvor han spilte sammen med Sidse Babett Knudsen, Rolf Lassgård og Stine Fischer Christensen. Filmen ble nominert til Oscar for beste internasjonale film i 2007. For sin rolle som Jakob vant han prisen for beste skuespiller ved den internasjonale filmfestivalen i Palm Springs, og mottok både en European Film Award- og en Robert-nominasjon.