Тот приезд Троцкого на Южный фронт закончился для него бесславно: Вешенское восстание казаков-донцов подавить не удалось. Одновременно с Югом осложнилась обстановка под Петроградом, на который в наступление перешла Юго-Западная добровольческая армия генерала от инфантерии Н.Н. Юденича. Поезд Троцкого срочно возвращается в столицу.
Политбюро ЦК РКП(б) приняло решение Петроград белым не сдавать и поручило Л.Д. Троцкому после принятие Реввоенсоветом срочных мер съездить на сутки в красный Питер. РВСР в тот же день потребовал от Петроградского военного округа удовлетворить все нужды советской 7-й армии, защищавшей подступы к городу, и передать в ее распоряжение все «бронированные средства», выпускаемые петроградскими заводами.
После этого Троцкий сразу же выехал в город на Неве. По пути он подписал приказ о внутренней обороне Петрограда. Он был уже объявлен на осадном положении местным Комитетом обороны под председательством Г.Е. Зиновьева (Радомысльского). 17 октября Троцкий и Зиновьев обратились с воззванием к населению Петроградской и соседних с ней губерний защитить красный Петроград от «белых банд Юденича и Родзянко».
По прибытии в Петроград председатель Реввоенсовета назначил командующим 7-й армии бывшего генерал Д.Н. Надежного, потребовав от него отстоять город, подготовиться к уличным боям и улучшить снабжение армейских частей. В те дни Троцкий неоднократно выступал на митингах красноармейцев, призывая отстоять «колыбель революции» или умереть под ее стенами. Успел побывать во многих частях 7-й армии. Из Петрограда он внимательно следил за боями на Пулковских высотах.
В ноябре 1919 года в ознаменование действительных заслуг «перед мировой пролетарской революцией и Рабоче-Крестьянской Красной армией РСФСР» Л.Д. Троцкий был награжден орденом Красного Знамени. В постановлении Президиума ВЦИК говорилось:
«Тов. Лев Давидович Троцкий, взяв на себя по поручению ВЦИК задачу организации Красной армии, проявил в порученной ему работе неутомимость и несокрушимость энергии. Блестящие результаты увенчали его громадный труд.
Тов. Троцкий руководил Красной армией рабочих и крестьян не только из центра, но неизмнно переносил свою работу на те участки фронта, где задача была всего труднее, с неизменным хладнокроием и истинным мужеством идя наряду с героями-красноармейцами навстречу смертельной опасности.
В дни непосредственной угрозы Красному Петрограду тов. Троцкий, отправившись на Петроградский фронт, принял ближайшее участие в организации блестящей обороны Петрограда, личным мужеством вдохновляя красноармейские части на фронте под боевым огнем. В ознаменование заслуг тов. Л.Д. Троцкого перед мировой ролетарской революцией и РККА РСФСР ВЦИК постановил наградить Л.Д. Троцкого орденом Красного Знамени».
Когда началась Советско-польская война 1920 года, председатель Реввоенсовета со своим аппаратом, умещавшимся в «поезде Троцкого», прибыл в Гомель. На Польскую войну он возлагал огромные надежды в деле революционного взрыва Европы. Он говорил о том на митингах и в разработанных им по поручению ЦК РКП(б) тезисах «Польский фронт и наши задачи».
Выдавая желаемое за действительное, Троцкий считал положение Красной армии в войне с белопанской Польшей прочным, словно не замечая того, что сопротивление армий маршала Ю. Пилсудского растет. Он выражал уверенность в скором взятии Варшавы.
Когда на IX Всероссийской конференции РКП(б), состоявшейся в сентябре 1920 года, разгорелся спор о причинах поражения Красной армии в войне с Польшей, Троцкий принял в нем самое деятельное участие. Он, в частности, высказал мысль о том, что красноармейский «человеческий материал» находился в стадии «гипноза» в силу прямолинейности наступления. И высказал искреннее сожаление по поводу того, что «не получилась советская Польша».
В 1921 году Л.Д. Троцкий принял непосредственное участие в руководстве операциями против мятежного Кронштадта, выступлений против советской власти в Карелии. За Кронштадт его наградили вторым орденом Красного Знамени.
Троцкий в силу своего положения во многом определял военную политику Советского государства и партии большевиков. Будучи сторонником строжайшей централизации и железной дисциплины в войсках, создания регулярной армии и флота и введения всеобщего военного обучения, Л.Д. Троцкий шел на непопулярные решения в рядах партии большевиков и ее союзницы партии левых эсеров. Он добился привлечения в ряды Красной армии военных специалистов – бывших офицеров и генералов старой армии, хотя тому было много противников.
До самого конца Гражданской войны военспецы, то есть бывщие офицеры старой армии, заимали львиную долю должностей от ротного командира и выше. В Красной армии служили десятки царских генералов, такие, как А.А. Брусилов, Ал. Гутор, М.Д. Бонч-Бруевич, А.П. Востросаблин, Н.А. Данилов, В.Н. Егорьев, К.И. Величко, Н.Ф. Дроздов, А.М. Зайончковский, П.П. Лебедев, М.М. Загю, Д.Н. Надежный, Ф.Ф. Новицкий и многие другие.