Mundialu 2014 Ljubosław Penew 27. 26.03.2013 Kopenhaga, Dania 1–1 1 90 min el. Mundialu 2014 Ljubosław Penew thumb|200px|Michajłow w barwach reprezentacji Bułgarii, 2011 W reprezentacji Bułgarii zadebiutował w wieku osiemnastu lat, 11 maja 2006, w przegranym 1:5 meczu towarzyskim ze Szkocją. W 72 minucie – przy wyniku 1:3 – zmienił Stojana Kolewa. Selekcjonerem był wtedy Christo Stoiczkow.
Przez kolejne lata występował w kadrze młodzieżowej, z którą przegrywał eliminacje do Euro 2006 (przedostatnie miejsce w grupie) i Euro 2007 (porażka w barażach z Belgią 1:1 i 1:4).
Na kolejny występ w dorosłej reprezentacji musiał czekać aż trzy lata – po raz drugi zagrał w niej 12 sierpnia 2009 w towarzyskim spotkaniu z Łotwą (1:0). W tym czasie pierwszym bramkarzem był doświadczony Dimityr Iwankow, jednak najpierw jego kontuzja w dwu ostatnich meczach eliminacji do Mundialu 2010, a potem rezygnacja z gry w kadrze otworzyły młodemu Michajłowowi drogę do pierwszej jedenastki.
Grał w podstawowym składzie w nieudanych eliminacjach do Euro 2012, w których drużyna prowadzona przez Niemca Lothara Matthäusa zajęła ostatnie miejsce w grupie kwalifikacyjnej, dając się wyprzedzić m.in.