Botvinnik foi seleccionado para o equipo olímpico soviético de 1954 a 1964 inclusive, e axudou ao seu equipo a conseguir a medalla de ouro en cada unha desas seis ocasións. En Ámsterdam de 1954 estaba a bordo dun e gañou a medalla de ouro con 81⁄2/11. En Moscova de 1956, volveu a ser o primeiro, e anotou 91⁄2/13 para a medalla de bronce. En Múnic 1958, anotou 9/12 para a medalla de prata no primeiro taboleiro. En Leipzig 1960
, xogou a mesa dous detrás de Mikhail Tal, perdendo o seu título a Tal a principios dese ano, pero gañou a medalla de ouro da mesa dous con 101⁄2/13. Volveu a bordo un para Varna 1962, anotou 8/12, pero non conseguiu gañar unha medalla por única vez nunha Olimpiada. A súa última Olimpíada foi en Tel Aviv 1964, onde gañou o bronce con 9/12, xogando no taboleiro 2, xa que perdeu o seu título ante Petrosian. En total, en seis olimpiadas, anotou 541⁄2/73 por un excelente