В марте 1921 г. командовал штурмом мятежного Кронштадта, где против монопольной власти коммунистов восстали моряки Балтийского фронта. В мае – июле 1921 г. М.Н. Тухачевский назначен командующим войсками Тамбовской губернии, выполнявшими задачу окончательной ликвидации антибольшевистского восстания («антоновщины»). В течение июня месяца в результате нескольких успешных операций крупные повстанческие соединения были уничтожены или рассеяны силами специально созданной для непрерывного преследования и уничтожения партизанских отрядов сводной кавалерийской группы под командованием И.П. Уборевича, усиленной автобронеотрядами. Мелкие разрозненные отряды ликвидировались силами частей боеучастков. Параллельно проводились мероприятия по выявлению и нейтрализации единичных повстанцев и им сочувствующих, изъятию имеющегося у населения на руках оружия, по восстановлению низовых органов государственной власти и по созданию устойчивой и работоспособной государственной власти на местах. В результате принятых мер к концу июля – началу августа 1921 г. восстание было подавлено. Вопреки устоявшемуся за последние десятилетия мнению о том, что это произошло исключительно благодаря использованию химического оружия, его реальное применение ограничилось несколькими десятками снарядов, снаряженных смесью на основе хлорпикрина. Согласно экспертному заключению Научного центра ФБУ «33 ЦНИИИ МО РФ», массированного применения химического оружия на Тамбовщине быть и не могло по причинам несоблюдения основных принципов его успешного применения, заведомо недостаточного количества боеприпасов и неподготовленности личного состава.
В августе 1920 г. М.Н. Тухачевский был назначен начальником Академии Генерального штаба, которая при нем была переименована в Военную академию Рабоче-Крестьянской Красной Армии (впоследствии – Военная академия РККА им. М.В. Фрунзе, ныне – Общевойсковая академия ВС РФ), где по поручению РВСР провел образовательную и административную реформы, направленные на упорядочение системы управления академией, систематизацию и обновление учебных планов с учетом текущих и перспективных потребностей РККА, расширение круга преподаваемых дисциплин, повышение качества высшего военного образования, улучшение бытовых условий жизни слушателей.
С января 1922 г. по апрель 1924 г. – командующий Западным фронтом. Помощник, а с июля 1925 г. по май 1928 г. – начальник Штаба РККА, член Комиссии по подготовке РККА. Принимал активное участие в проведении военной реформы 1924–1925 гг.
С мая 1928 г. – командующий войсками Ленинградского военного округа. В этот период времени он уделяет огромное внимание ракетным организациям Ленинграда и становится частым гостем в ГДЛ и ЛенГИРД’е. Получив ГДЛ в наследство от своего предшественника А.И. Корка, М.Н. Тухачевский сразу же понял всю значимость и необходимость работ, проводимых Лабораторией. Для обеспечения всем необходимым он закрепляет за ГДЛ своего помощника Н.Я. Ильина, а когда уезжает на новую должность, то, для убыстрения процесса снабжения организации, назначает его еще и начальником ГДЛ.
С 1931 г. – заместитель наркома по военным и морским делам и заместитель председателя Реввоенсовета СССР, начальник вооружений РККА (с 1931 г.), с 1934 г. – заместитель наркома обороны, с 1936 г. – первый заместитель наркома обороны и начальник управления боевой подготовки.
М.Н. Тухачевскому принадлежит большая заслуга в техническом перевооружении советской армии, развитии новых видов и родов войск – авиации, механизированных и воздушно-десантных войск. Кроме того, именно благодаря ему был создан первый в мире Реактивный научно-исследовательский институт, а это значит, что М.Н. Тухачевскому мы обязаны созданием базы, положившей начало всей отечественной ракетной и космической технике.