Í fyrstu árum sínum sem æðsti hjólreiðamaður vann Cavendish gull í Madison á 2005 og 2008 UCI Track Hjólaferðaheimsmeistaramótinu sem hjólaði fyrir Bretland, með Rob Hayles og Bradley Wiggins í röð, og í skrauthlaupinu á Samveldisleikunum 2006 sem hjólaði fyrir Isle of Man. Eftir að hafa mistekist að vinna medalíu á Ólympíuleikunum 2008 keppti hann ekki aftur á brautinni fyrr en árið 2015 og vann síðan þriðja UCI-heimsmeistaratitil sinn í hjólreiðum á braut.
titill með Wiggins í Madison árið 2016 og einstaklings silfurverðlaun í Omnium á Ólympíuleikunum 2016.