13 médailles olympiques
Entre 1956 et 1964, il obtint un total de 13 médailles (sept d'or, quatre d'argent, deux de bronze) ; sa meilleure épreuve étant le cheval d'arçon, dans laquelle il s'attribua l'or en 1960 et en 1964. Ses treize médailles olympiques représentèrent un record pour les hommes jusqu'à ce que son compatriote le gymnaste Nikolay Andrianov l'améliore.
14 médailles aux championnats du monde
Shakhlin décrocha également un total de 14 médailles aux championnats du monde empochant les titres individuels à ceux de 1958 en concours multiple, barre fixe, barres parallèles et cheval d'arçon. Étonnamment grand pour un gymnaste, sa taille lui donnait un atout incontestable à la barre fixe mais n'était pas à son avantage dans les exercices au sol.