Najsłynniejszą walkę stoczył w 1957 roku z Sugarem Rayem Robinsonem o mistrzostwo świata w wadze średniej. Ich piętnastorundowy pojedynek na Yankee Stadium w Nowym Jorku wielu ekspertów uważa za najlepszy w historii tej kategorii.Basilio był pierwszym mistrzem świata, którego do występów przygotowywał Angelo Dundee, późniejszy trener Muhammada Alego.Karierę pięściarską zakończył w 1961 roku z dorobkiem 56 zwycięstw, 16 porażek i siedmiu remisów.