В этой обстановке генерал Дитерихс не видел возможным продолжать свою службу в чешском корпусе, и в результате 8 января 1919 года последовал приказ: «Определяются в Русскую Службу, Чешской Службы: Состоящий в должности Начальника штаба Главнокомандующего армиями Западного фронта Генерал-Лейтенант Дитерихс – тем же чином и с зачислением по Генеральному Штабу; Командовавший Екатеринбургской группой Генерал-Майор Гайда – с утверждением в чине и с зачислением по армейской пехоте».
В отличие от Гайды, возглавившего вскоре Сибирскую Армию, генерал Дитерихс не получил нового поста в действующей армии. Вместо этого 17 января 1919 года по предписанию адмирала Колчака на него было возложено «общее руководство по расследованию и следствию по делам об убийстве на Урале Членов Августейшей Семьи и других Членов Дома Романовых».
Хотя это новое поручение больше напоминало почетную отставку, Михаил Константинович, будучи убежденным монархистом и глубоко верующим человеком, отнесся к возложенной на него задаче со всей ответственностью. Он привлек к расследованию следователя по особо важным делам Омского окружного суда Н. А. Соколова, и за три месяца была проделана огромная работа, в результате которой стали известны основные детали этого преступления.
Соколов неопровержимо доказал, что погибла вся Царская Семья и что организаторы преступления действовали не по собственной инициативе, а по прямому указанию из Москвы. Он сумел восстановить всю картину убийства и сокрытия его следов, проследить почти весь путь убийц, увозивших останки Мучеников, нашел кострища, на которых жгли трупы. Были собраны многочисленные реликвии – вещи, принадлежавшие Николаю II и Его Семье, позднее вывезенные из России. К сожалению, неудачи на фронте и сдача Екатеринбурга не дали довести следствие до конца.
Полностью посвятив себя этому делу, Михаил Константинович всю весну безвыездно пробыл в Екатеринбурге. Но в мае, в связи с ухудшением обстановки на фронте, возник острый конфликт между командующим Сибирской Армией генералом Гайдой и начальником Штаба Верховного Главнокомандующего генералом Д. А. Лебедевым. В первых числах июня Дитерихс срочно был вызван в Омск к Верховному Правителю и получил предписание вместе с генералами А. Ф. Матковским и М. А. Иностранцевым образовать особую комиссию для рассмотрения вопроса об обоснованности обвинений Гайды.
Комиссия заседала три дня и пришла к выводу, что по существу Гайда совершенно прав в своих обвинениях, но облек протест в недопустимую форму. Однако Дитерихс, докладывая адмиралу выводы комиссии, прибавил, что, по его мнению, Гайда для пользы дела должен быть сохранен на своем посту. Одновременно, признавая вину Лебедева, Дитерихс, по свидетельству генерала Иностранцева, настоятельно советовал Колчаку временно не увольнять и его. Дело в том, что до Михаила Константиновича уже дошли слухи, будто на место Лебедева прочат именно его, и он не хотел давать повода для сплетен.
Колчак с приведенными доводами полностью согласился, и все же не прошло и месяца, как генералу Дитерихсу пришлось заменить сразу обоих «спорщиков» – 20 июня 1919 года вышел Приказ Верховного Главнокомандующего за № 149, которым предписывалось:
«1. Сибирскую Отдельную армию, Западную Отдельную армию и речную боевую флотилию в полном составе подчинить Генерал-Лейтенанту Дитерихсу на правах Главнокомандующего фронтом.
2. Генералу Дитерихсу в командование вступить немедленно».
7 июля Дитерихс принял у Гайды командование над стремительно откатывающейся на восток армией. Непосредственная угроза нависла уже над Екатеринбургом, и Дитерихсу пришлось срочно организовывать правильную эвакуацию города. 15 июля Екатеринбург был оставлен белыми войсками. Предотвращая панику, Михаил Константинович выехал из него одним из последних.
А накануне приказом Верховного Главнокомандующего за № 158 генерал Дитерихс был назначен «Главнокомандующим Восточным фронтом, с подчинением ему всех войск Сибирской и Западной армий», которые реорганизовывались при этом в три неотдельных армии. Сибирская Армия была разделена на две: 1-ю генерала А. Н. Пепеляева и 2-ю, которую возглавил недавно приехавший из Франции генерал Н. А. Лохвицкий. Западная Армия переименовывалась в 3-ю, ею командовал произведенный в генералы К. В. Сахаров.
Однако в то время как генерал Дитерихс был всецело поглощен приведением в порядок Сибирской Армии, за его спиной Сахаров и фактически уже лишенный большей части своих полномочий Лебедев задумали самостоятельную наступательную операцию. Она вылилась в сражение под Челябинском 25 июля – 4 августа 1919 года.