Долгое время Владлен Михайлов служил на Дальнем Востоке — курсантом 156-го отдельного запасного стрелкового полка 25-й армии (декабрь 1942 — март 1943), затем курсантом Владивостокского пехотного училища (март 1943 — апрель 1944), затем находился в резерве офицерского состава округа (март — июль 1944), служил командиром взвода курсантов Владивостокского пехотного училища (июль 1944 — май 1947). Членом ВКП(б) стал в 1945-м. Окончив в Ленинградском военном округе Курсы усовершенствования офицерского состава по физической подготовке (май 1947 — сентябрь 1949), он вернулся на Дальний Восток командиром роты курсантов Владивостокского пехотного училища (сентябрь — октябрь 1949). затем — командиром роты курсантов Благовещенского пехотного училища (октябрь 1949 — октябрь 1951).
С октября 1951 года Владлен Михайлов — слушатель основного факультета Военной академии им. М.В. Фрунзе, которую окончил с золотой медалью в ноябре 1954-го. В дальнейшем его служба проходила в Прибалтийском военном округе: командир стрелкового батальона 167-й Литовской стрелковой дивизии (ноябрь 1954 — июнь 1955), командир стрелкового батальона (июнь 1955 — май 1957), затем — командир мотострелкового батальона (май 1957 — ноябрь 1958) 9-го гвардейского стрелкового полка 3-й гвардейской стрелковой дивизии, начальник штаба 453-го мотострелкового полка 132-й мотострелковой дивизии 4-го гвардейского армейского корпуса (ноябрь 1958 — июль 1960), начальник штаба — заместитель командира (июль 1960 — февраль 1964), затем командир 23-го гвардейского мотострелкового полка 8-й гвардейской мотострелковой дивизии (февраль 1964 — август 1966).
С августа 1966 по июль 1968 года Владлен Михайлович — слушатель основного факультета Военной академии Генерального штаба ВС СССР. Работал начальником оперативного отдела — заместителем начальника штаба 8-й гвардейской армии (июль 1968 — март 1969) и командиром 21-й мотострелковой дивизии 2-й гвардейской танковой армии в Группе Советских войск в Германии (март 1969 — ноябрь 1972), начальником штаба — первым заместителем командующего и член Военного совета 15-й армии (ноябрь 1972 — август 1975), начальником штаба — первым заместителем командующего войсками и членом Военного совета Туркестанского военного округа (август 1975 — февраль 1979).
В феврале 1979 года Михайлова направили старшим военным советником в Генеральный штаб Народной армии Социалистической Республики Вьетнам, с марта 1980-го он находился в распоряжении начальника Генерального штаба ВС СССР, служил начальником 7-го управления Главного оперативного управления ГШ (март — апрель 1981), начальником Главного оперативного управления (апрель 1981 — декабрь 1983).
Из Генерального штаба ВС СССР его снова направляют на службу туда, где Владлен Михайлович ее начинал, в тот край страны, который, как он сам говорил, дорог его сердцу. Теперь он начальник штаба — первый заместитель главнокомандующего и член Военного совета войск Дальнего Востока (декабрь 1983 — февраль 1987).
С 26 февраля 1987 года Владлен Михайлович — первый заместитель начальника ГРУ ГШ ВС СССР, с 14 июля 1987 года — начальник ГРУ ГШ ВС СССР — заместитель начальника ГШ ВС СССР. 24 октября 1990 года ему было присвоено звание генерала армии. В интервью журналу «Jane’s Soviet intelligence review» (1991) он говорил: «В 1987 году было принято решение усилить ГРУ работниками, прошедшими полевую подготовку. Раньше я никогда не занимался разведкой и, естественно, поначалу не без труда справлялся со своими обязанностями, но теперь вполне освоился». Это самокритичное заявление, причем в первом в истории начальников ГРУ интервью иностранному журналисту, к лету 1991 года уже не отражало реального положения дел. Офицер с огромным жизненным, и особенно военным опытом, Владлен Михайлович Михайлов осваивал новую работу, опираясь на профессионалов разведки школы своего предшественника Петра Ивановича Ивашутина.
Нацеливая Главное управление на повседневное решение стоящих разведывательных задач, генерал Михайлов В.М., будучи человеком сугубо военным, как часто говорят, «во-йсковиком», с самого начала своего пребывания на новом ответственном посту большое внимание уделял повышению боеготовности и боеспособности всех органов и частей военной разведки.
Он требовал от всех командиров и начальников провести ревизию и, как по нынешним временам сказали бы, реструктуризацию имевшейся в наличии разведывательной техники. Избавить все части и органы военной разведки от хранившихся на складах устаревших, не соответствующих современным требованиями образцов. Это означало, по глубокому убеждению нового начальника ГУ, существенную экономию финансовых средств, высвобождение личного состава для решения насущных задач, повышение мобильности органов и частей разведки и, в конечном итоге, повышение их боевой и мобилизационной готовности, особенно в угрожаемый период.