Carriera
È stato uno dei più grandi campioni del ciclismo tedesco, alternando i suoi successi tra la strada e la pista. Tra le sue 96 vittorie su strada si annoverano i mondiali su strada al Nürburgring, in Germania, nel 1966 (davanti a Jacques Anquetil e Raymond Poulidor), la Milano-Sanremo del 1968 e la Vuelta a España del 1962. Nel 1965 arrivò secondo al mondiale su strada di San Sebastian, in Spagna, battuto da Tommy Simpson.
Fu anche campione tedesco su strada nel 1964 e nel 1970. Indossò la maglia gialla del Tour de France 19 volte, nel 1962, nel 1964 e nel 1966, vincendo complessivamente otto tappe, cui si aggiungono quattro tappe del Giro d'Italia e sei alla Vuelta.
In pista fu campione del mondo di inseguimento nel 1960 e nel 1961. Vinse anche 23 sei giorni e stabilì il record del chilometro da fermo e dei 5 chilometri. Dal 1970, fu sospeso per quattro volte dall'attività per aver usato, secondo le accuse, sostanze dopanti; motivo per il quale per gli ultimi due anni tra i professionisti non gareggiò quasi mai. Successivamente, negli anni settanta, per quattro anni fu commissario tecnico della Nazionale tedesca.
Suo fratello Willi è stato anch'egli ciclista professionista.