I januar 1965 overtok Michels Ajax da de sparket den engelske treneren, Vic Buckingham. I sin første kamp som trener vant laget 9-3 over MVV. Han trente laget i seks år og vant serien fire ganger og den nasjonale cupen tre ganger. I 1969 kom de til finalen i Serievinnercupen, men tapte 1-4 mot AC Milan. To år senere vant de cupen da de slo Panathinaikos 2-0 i finalen. I Ajax utviklet og moderniserte han spillet til det som blir kalt totalfotball. Under hans ledelse startet Ajax opp sitt berømte ungdoms-akademi. De meste kjente spillerne som kom opp på seniorlaget da han ledet Ajax var Johan Cruijff og Johan Neeskens.