На рассвете 14 октября войска 5-й армии форсировали Тобол и в течение недели сломили сопротивление противника, который начал отход по всему фронту. 30 октября 35-я стрелковая дивизия К.А. Неймана, форсировав Ишим, после упорного боя заняла город Петропавловск. В ночь на 5 ноября войска армии заняли город Ишим. Теперь колчаковцы поспешно отходили к столице Белой Сибири Омску. Адмирал А.В. Колчак и его правительство покинули город: Омск защищать белые не стали.
Тухачевский требовал от командиров дивизий «ускорить преследование до крайних пределов, не давая противнику безнаказанно уходить из-под наших ударов». Был мобилизован весь наличный железнодорожный и гужевой транспорт. Материал для наводки плавучего моста везли с собой на санях. 5-я армия в условиях снежной зимы наступала быстро, делая переход до 20 километров в сутки. 14 ноября Омск был занят без боя.
За взятие колчаковской столицы Михаил Николаевич Тухачевский Президиумом ВЦИК, удовлетворяя ходатайство Реввоенсовета Республики, 28 декабря 1919 года был награжден Почетным золотым оружием.
Ранее в Гражданской войне такая награда жаловалась всего три раза. Награжденными стали: Главнокомандующий Республики С.С. Каменев, командующий 2-й армией Восточного фронта В.И. Шорин и командир 1-го конного корпуса (будущей армии) С.М. Буденный.
В конце 1919 года перелом произошел и на Юге России. Вооруженные силы генерал-лейтенанта А.И. Деникина, продолжая оказывать упорное сопротивление, отступали. Поход на Москву белой рати провалился. В те дни неожиданно тяжело заболел командующий 13-й армией Южного фронта бывший штабс-ротмистр А.И. Геккер. Реввоенсовет Республики решил заменить его Тухачевским. Тот, получив 19 ноября такой приказ, сдал командование армией начальнику 26-й стрелковой дивизии Г.Х. Эйхе, выехал в Москву, куда прибыл в середине декабря.
В Москве он пробыл больше месяца. В Академии Генерального штаба РККА им была прочитана лекция на тему «Стратегия национальная и классовая». Среди прочих он сделал вывод о том, что «революционная энергия и смелость доминирует над всем остальным».
Пока в Реввоенсовете решались вопросы его назначения, Геккер выздоровел. Так, по случайному стечению обстоятельств перспективный полководец РККА оказался не у дел. Только в конце января 1920 года он получил довольно неожиданную для него должность командующего Кавказским фронтом. Его предшественник В.И. Шорин был снят за неудачный исход Доно-Манычской операции.
Тухачевский прибыл в штаб фронта, который тогда размещался в Саратове, вместе с новым членом Реввоенсовета Г.К. Орджоникидзе. Был составлен план разгрома Деникина: советская 10-я армия прорывала белый фронт на стыке Донской и Кубанской армии, а в прорыв вводилась 1-я конная армия, которая перебрасывалась из-под Ростова на тихорецкое направление. Операция получила название Тихорецкой. В штабе Кавказского фронта знали по данным агентурной разведки, что Деникин готовится перейти в контрнаступление в середине февраля.
Требовалось упредить противника в нанесении удара. Несмотря на то, что 1-я конная армия еще не подошла к месту прорыва, М.Н. Тухачевский приказал начать наступление с утра 14 февраля. Но спутать карты Деникина этим ударом удалось только отчасти. И тут он допускает ошибку, которая дорого обошлась белым.
Деникин приказал срочно перебросить в район станицы Великокняжеской конную группу генерала А.А. Павлова. Она совершила форсированный марш по безлюдным донским степям вверх по левому берегу Маныча. Жестокие морозы и метели погубили почти половину из 10 тысяч белых всадников, вышедших 18 февраля в район Торговой. На следующий день сюда подошла 1-я конная армия С.М. Буденного.
К этому дню на всей полосе Кавказского фронта уже шли ожесточенные бои. Белым удалось ценой больших потерь 21 февраля вернуть себе Ростов и Нахичевань, но удержать их они не смогли. 1-й Донской корпус был выбит за Маныч. Ход событий переломила буденновская конница: с 25 февраля по 2 марта в районе Егорлыкская, Среднеегорлыкская и Белая Глина шло ожесточенное встречное сражение, в которой с обеих сторон участвовало до 25 тысяч конников. Битва в заснеженной степи завершилось победой 1-й конной армии.
Армии Кавказского фронта перешли реку Кубань, продолжая наступление. Войска Деникина откатились к портовому Новороссийску, откуда началась их эвакуация в Крым. На Северном Кавказе началось «добивание» белых сил, для чего, собственно говоря, фронта уже не требовалось.
Вклад Михаила Николаевича Тухачевского в разгром Деникина Реввоенсовет Республики оценил высоко. Командующего фронта 20 мая 1920 года переводят в Генеральный штаб РККА. Не прошло и месяца, как он получает новую должность – командующего Западным фронтом.