Ostatecznie stracił tytuł mistrza świata w 1963 roku na rzecz Tigrana Petrosjana (meczu rewanżowego nie było, w wyniku zmiany zasad przez FIDE).
Botwinnik był znany z niezwykłego zamiłowania do studiowania szachów. Prawdziwą jego siłą było staranne teoretyczne przygotowanie do meczów oraz drobiazgowa analiza partii po ich rozegraniu. Żaden z jego wielkich poprzedników nie mógł szczycić się tak sumiennym i systematycznym podejściem do własnego rozwoju. Przedkładał technikę nad taktykę, mistrzostwo gry końcowej nad pułapki w otwarciach. W najważniejszych meczach stosował stosunkowo wąski repertuar otwarć, jednak perfekcyjna ich znajomość pozwalała sprowadzić partię na tory przez siebie głęboko przestudiowane. Preferował przede wszystkim obronę Nimzowitscha, obronę słowiańską i wariant Winawera w obronie francuskiej – wniósł duży wkład w rozwój teorii tych otwarć. Do ważnych oficjalnych startów przygotowywał się, rozgrywając w tajemnicy mecze treningowe z silnymi graczami (Salomonem Flohrem, Jurijem Awerbachem, Wiaczesławem Ragozinem), co historycy szachów odkryli dopiero po latach.