I 1951 spilte han uavgjort 12-12 i tvekamp om verdensmesterskapet i sjakk mot regjerende mester Mikhail Botvinnik. Bronstein ledet 11,5-10,5 før de to siste partiene, og trengte bare to remiser for å bli verdensmester. Men han tapte det 23. og nest siste partiet, og etter remis i det siste partiet ble det dermed 12-12. Etter de reglene som gjaldt da, hadde dermed verdensmesteren forsvart tittelen.