После Октябрьской революции М. Н. Тухачевский добровольно перешел на сторону советской власти и вступил в Красную гвардию, став в ней одним из первых военных специалистов. С марта 1918 года работал в военном отделе ВЦИК. В апреле 1918 года вступил в партию большевиков. С мая 1918 года назначен военным комиссаром обороны Московского района.
В июне – декабре 1918 года командовал 1-й армией Восточного фронта в Поволжье, ставшей, как отмечали современники, первым регулярным соединением в РККА. В рамках фронта провел серию успешных наступательных операций (Симбирскую – сентябрь; Сызрань-Самарскую с 14 сентября по 8 октября; Стерлитамакскую в декабре 1918 года) против Народной армии Комитета учредительного собрания и чехословацкого корпуса, за что был удостоен первой советской награды – золотых часов с надписью:
С декабря 1918 года по январь 1919 года – помощник командующего Южным фронтом, в январе – марте 1919 года – командующий 8-й армией Южного фронта. В этом качестве одним из первых предложил военно-политическому руководству Советской республики оперативную идею действия главными силами Южного фронта против Вооруженных сил Юга России (ВСЮР) через Донецкий бассейн на Ростов по кратчайшему направлению и по линии потенциально наименьшего сопротивления противника при безопасном тыле2. Эта идея впоследствии была успешно реализована силами Южного фронта в ходе осенне-зимнего наступления против ВСЮР 1919 года, в результате чего войска ВСЮР были отброшены от линии Орла и Курска частично на территорию Украины, частично в Ростовскую область.
C 5 апреля по 25 ноября 1919 года М. Н. Тухачевский – командующий 5-й армией Восточного фронта. В ходе начавшегося в марте 1919 года наступления колчаковских войск армия была практически полностью разгромлена, на ее участке красный фронт был прорван. Таким образом, М. Н. Тухачевскому при назначении командармом-5 предстояло сыграть роль «кризис-менеджера» – остановить отступление, не допустив выхода противника к Волге, привести армию в порядок и подготовить к нанесению контрудара. Армия в составе Южной группы (командующий М. В. Фрунзе) принимала участие в весеннем наступлении Восточного фронта против Западной и Сибирской армий А. В. Колчака, где сыграла решающую роль в Бугурусланской (28 апреля – 13 мая) операции против Западной армии, сорвав план выхода колчаковцев к Волге и не допустив соединения их с А. И. Деникиным, чего всерьез опасалось военно-политическое руководство Советской республики. Успешно проведенные 5-й армией Белебейская (15–19 мая), Уфимская (25 мая – 20 июня), Златоустовская (26 июня – 13 июля) и Челябинская (17 июля – 4 августа) операции привели к очищению от белых Поволжья, Урала и выходу к Западной Сибири. Начавшаяся для красных неудачно Тобольско-Петропавловская (20 августа – 1 сентября, 1 сентября – 13 октября, 14 октября – 4 ноября) операция (причинами неудач послужили общая недооценка Главным и фронтовым командованием способностей колчаковцев к сопротивлению, а также ошибочные оперативные решения фронтового командования) завершилась поражением Западной армии (3-й неотдельной / Московской группы) белых и очищением междуречья Тобола и Ишима, открыв дорогу на Омск. В ходе Омской операции (4–14 ноября) части 5-й армии (27-я стрелковая дивизия) первыми заняли столицу Колчака.