Botvinnik fue seleccionado para el equipo olímpico soviético de 1954 a 1964 inclusive, y ayudó a su equipo a la medalla de oro en cada una de esas seis ocasiones. En Ámsterdam 1954 estuvo a bordo de uno y ganó la medalla de oro con 81⁄2/11. Luego en casa para Moscú 1956, fue nuevamente el primer tablero, y anotó 91⁄2/13 para la medalla de bronce. Para Munich 1958, anotó 9/12 para la medalla de plata en el tablero uno. En Leipzig 1960, jugó en el tablero dos detrás de Mikhail Tal, habiendo perdido su título ante Tal a principios de ese año, pero ganó la medalla de oro en el tablero dos con 101⁄2/13. Volvió a bordo de uno para Varna 1962, anotó 8/12, pero no logró ganar una medalla por la única vez en una Olimpiada. Su última Olimpiada fue en Tel Aviv en 1964.
, donde ganó el bronce con 9/12, jugando tablero 2 ya que había perdido su título ante Petrosian. En total, en seis Olimpiadas, obtuvo 541⁄2/73 para un destacado