Im Juni 1964 gewann sie in Avignon mit Édith Piafs Lied La vie en rose den Gesangswettbewerb „On chante dans mon quartier“ („In meinem Viertel singen wir“). Daraufhin erhielt sie eine Einladung nach Paris, um für die Fernsehshow Télé-Dimanche vorzusingen. Im November 1965 kam sie erneut nach Paris zu Proben für den „Palmarès des Chansons“ in der berühmten Music-Hall Olympia. Doch nahm sie an diesem Wettbewerb nicht teil und bewarb sich erneut bei Télé-Dimanche, wo sie dann ihr Fernsehdebüt gab: Beim Vorentscheid „Le Jeu de la Chance“ („Das Glücksspiel“) sang sie am 21. November 1965 das von Charles Aznavour geschriebene und in der Interpretation Edith Piafs bekannte Chanson Jézébel und erreichte zusammen mit Georgette Lemaire, einer anderen Bewerberin, den ersten Platz. Diese zog sich am 28. November 1965 zugunsten von Mathieu zurück, sodass für Mathieu der Weg zur Bühne frei war.
Ende Dezember 1965 trat Mathieu im Olympia im Vorprogramm von Sacha Distel („Sacha Show“) und Dionne Warwick auf. Johnny Stark, der schon Yves Montand, Françoise Hardy, Johnny Hallyday und Sylvie Vartan gefördert hatte, war bei der Show anwesend, wurde noch im selben Jahr ihr Manager und sollte es bis zu seinem Tod im Jahr 1989 bleiben. Auch der Musikproduzent Eddie Barclay befand sich unter den Zuschauern und bot Mathieu einen Plattenvertrag bei seinem Label Barclay Records an.
Mireille Mathieu mit ihrem Manager Johnny Stark (1971)
Noch im Dezember 1965 entstand eine Live-LP von ihrem Auftritt im Olympia; im Juni 1967 erreichte die Platte Rang 14 der deutschen LP-Charts.
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