Efter at være ankommet til krigsfronten i april 1943 som pilot i det 566. Styrkeflyveregiment med rang af sergent, fløj han ikke sin første kampmission før den 12. juli. Men da han oplevede sin ildddåb, begyndte han hurtigt at samle flere udflugter, i alt fem missioner på en dag den 26. juli. På trods af at han blev skudt ned og måtte foretage en nødlanding den 31. januar 1944, lykkedes det ham og hans kanonist at vende sikkert tilbage til deres enhed kun et par dage senere. Den 6. august 1944 blev han nomineret til titlen Helt af Sovjetunionen for at have samlet 105 udflugter på Il-2. Mykhlik fortsatte med at stige hurtigt gennem rækkerne i sin enhed og blev forfremmet til eskadrillechef i november 1944. Det år blev han optaget i det kommunistiske parti. Mens eskadrillen var under hans kommando, udførte besætningerne i alt 309 udflugter, men mistede kun ét af deres egne fly. Ud over at flyve kampflyvninger som eskadrillechef påtog han sig ansvaret for flyvetræning og uddannede seks nye piloter i 1945. Den 27. marts 1945 blev han nomineret til en anden guldstjerne, som han modtog i juni. Ved krigens slutning blev han krediteret med 188 kampflyvninger, hvor han udryddede 35 kampvogne, to ammunitionsdepoter, 8 anti-aircraft artilleri batterier, fem damplokomotiver, 19 jernbanevogne, 114 lastbiler og nedskød en FW 190. Under hele krigen kæmpede han på den vestlige, Bryansk, Leningrad og 3. hviderussiske fronter, deltog i slaget ved Kursk
, Orel, Krasnoye selso-Ropsha, Leningrad, Novgorod, Vyborg, Narva, Tallinn, Østpreussen, Koenigsberg og Zemland.