ブルガリア代表としては、1983年5月4日のキューバ代表戦でデビュー。1990年から6年間は代表キャプテンを務め、1994 FIFAワールドカップやUEFA EURO '96などの主要大会に出場しました。1998年9月5日のアルジェリア代表戦が、代表としての最後の試合出場となりました。代表でのキャップ数は102を数え、これは当時のブルガリア代表最多出場記録でしたが、後にスティリアン・ペトロフによって更新されました。
しかし、2019年10月14日、UEFA EURO 2020予選のイングランド代表戦において、サポーターによる人種差別事件が発生。この事件により試合が2度中断される事態となりました。この事態を受け、ブルガリアの首相はサポーターの行動を非難するとともに、ミハイロフに対し会長職の即時辞任を勧告。これを受け、ミハイロフは翌15日に会長職を辞任しました。