Он вновь оказался на Восточном фронте, теперь уже как командующий 5-й армией, действовавшей на направлении главного удара белых. Тухачевский успешно проявил себя при разгроме белых в ходе Бугурусланской, Бугульминской, Мензелинской, Бирской, Златоустовской, Челябинской, Омской операций. В результате серии побед белые из Поволжья были отброшены в Сибирь. За освобождение Поволжья и Урала и успехи в Челябинской операции Тухачевский был награжден орденом Красного Знамени, а в конце 1919 г. по итогам кампании был награжден почетным золотым оружием. 27-летний бывший подпоручик разгромил войска адмирала А. В. Колчака.
Армия Тухачевского обладала мощным политическим составом – сюда было собрано наибольшее количество коммунистов в сравнении с другими армиями фронта. На Восточном фронте Тухачевский сотрудничал с другим самородком на высших постах РККА – М. В. Фрунзе. Вместе с тем уже в это время проявился строптивый характер честолюбивого военачальника. Тухачевский, например, вступил в конфликт с командовавшим непродолжительное время фронтом бывшим генералом А. А. Самойло. В итоге союза Тухачевского с членами РВС фронта, не принимавшими Самойло (вместо прежнего командующего С. С. Каменева), последний был отозван.
После разгрома Колчака Тухачевский в начале 1920 г. вновь направлен на Юг, где возглавил Кавказский фронт. В его задачи входило завершение разгрома белых армий Юга России под командованием генерала А. И. Деникина. После ликвидации сопротивления белых на Кавказе Тухачевский издал приказ 11-й армии, входившей в состав фронта, занять Азербайджан, что и было сделано. Впрочем, в это время Тухачевский был направлен спасать Советскую Россию на новый участок – на Западный фронт, где все более напряженно складывалась борьба с поляками.
Первые пять маршалов: Тухачевский, Ворошилов, Егоров (сидят), Будённый и Блюхер (стоят).
На пост командующего этим фронтом Тухачевский был назначен 28 апреля. К этому времени он завоевал репутацию одного из лучших большевистских полководцев. На вверенном Тухачевскому фронте были сконцентрированы самые сильные в республике специалисты Генерального штаба, опытный командный состав. Предпринятое Тухачевским стремительное наступление привело Красную Армию за месяц от Березины до Вислы. В первой половине августа 1920 г. части Тухачевского оказались фактически под стенами Варшавы, однако для взятия польской столицы не хватило сил.
Полководческому почерку Тухачевского были присущи глубокие таранные удары при быстром вводе в бой резервов (впоследствии Тухачевский выступил разработчиком теории глубокого боя), что приводило к истощению войск и разного рода неожиданностям, которые нечем было парировать. Этот подход получил развитие в концепции последовательных операций, при которой силы противника последовательно истощаются в следующих одно за другим сражениях. На практике Тухачевский реализовал эту концепцию в борьбе с колчаковскими войсками.