Революция 1917 года застала Шатилова на посту командира 1-го Черноморского казачьего полка. Летом того же года он был назначен генерал-квартирмейстером штаба Кавказского фронта.
Острого, но холодного ума, очень способный, больших военных знаний и опыта, отличавшийся редким самообладанием, умевший, когда нужно, быть обаятельным с собеседником, Шатилов был выдающимся офицером Генерального штаба, блестящим кавалерийским начальником, отличным знатоком разведывательной и контрразведывательной работы. После развала русской армии на Кавказском фронте, в декабре 1918 года, Шатилов прибыл в Екатеринодар в штаб Добровольческой армии генерала А. И. Деникина. Штабу он привез сведения о сохраненной на Кавказе разведывательной сети штаба Кавказской армии.
В это время на Северном Кавказе шла ожесточенная борьба 35-тысячной Добровольческой армии с 11-й армией красных, насчитывавшей свыше 100 тысяч человек. Организованность и качество были на стороне белых, в их рядах было много генералов и офицеров. В жестоких боях белые побеждали умением и исключительной доблестью. Самым талантливым белым генералом был барон Петр Николаевич Врангель, выдающийся стратег, человек большого ума, исключительной энергии, несокрушимой воли и блестящий кавалерийский начальник. Благодаря ему в борьбе за Северный Кавказ свершился решительный перелом после разгрома красных под Ставрополем.
Деникин отправил Шатилова в распоряжение Врангеля. 2 января 1919 года Шатилов добрался до уездного села Петровского, где находился Врангель со своим штабом. Приезду Шатилова, своего старого приятеля по русско-японской войне и однокашника по Николаевской академии Генерального штаба, Врангель был очень рад. Зная опыт и таланты Шатилова, Врангель поручил ему командование конной группой из частей двух дивизий. Шатилов немедля повел в бой свои конные полки. 7 января он взял Георгиевск, через несколько дней разгромил минераловодскую группу красных и освободил от красных Терскую область и Дагестан.
Весной 1919 года у белых на фронте создалось критическое положение. Крупные силы 10-й армии красных выдвинулись на линию реки Маныч и, охватив правый фланг Донской армии, угрожали ей полным окружением. Освободившиеся после побед на Северном Кавказе дивизии Добровольческой армии генерал Деникин двинул на помощь изнемогавшим донцам.
После совещаний в Ростове-на-Дону было приступлено к проведению контрнаступления на Маныче. Большую часть конницы Деникин объединил в руках Врангеля. Под его начальством оказалась 1-я конная дивизия Шатилова. Манычская операция закончилась разгромом 30-тысячной группы красных. В эти дни особенно отличился Шатилов, переправившийся со своей дивизией через болотистый Маныч восточнее села Бараниково и нанесший решительный удар по красным у Великокняжеской. Деникин был рад победе. Он поздравил Шатилова, произвел его в чин генерал-лейтенанта и назначил командиром 4-го конного корпуса.
Остатки разбитых красных бежали в панике. Заново сформированная Кавказская армия под командованием Врангеля в составе четырех конных корпусов и одной пехотной дивизии безостановочно преследовала убегавшие остатки 10-й Красной армии и конного корпуса Думенко. После трехнедельного преследования по безводным солончакам калмыцкой степи, армия Врангеля подошла к Царицыну. Взять «красный Верден» с ходу не удалось. Лишь после жестоких боев 18 июня Царицын был взят. В этих трудных боях Шатилов показал себя прекрасным кавалерийским начальником, храбрым и инициативным. По настоянию Врангеля, 20 июня Шатилов стал начальником штаба Кавказской армии. На этом посту Шатилов проявил себя компетентным генштабистом, быстро разбиравшимся в сложной боевой обстановке. Был он Врангелю ценным помощником.
Осенью 1919 года военное счастье изменило белым. Стратегические и политические ошибки главного командования Вооруженными Силами Юга России, малочисленность армии, неустроенность ее тыла и превосходство красных в силах повели к трагическому поражению. Врангель, поддержанный Шатиловым, не раз предлагал свои стратегические планы, возражал против знаменитой «московской директивы», нарушавшей принципы военного искусства.
Но Деникин и особенно его начальник штаба, генерал И. П. Романовский, переоценивая возможности, упрямо держались неверных решений. Когда обозначился крах «московской директивы» и Деникин осознал всю серьезность положения на фронте, он назначил Врангеля командовать отступавшей от Орла Добровольческой армией. Но было поздно. Остатки армии отступали, резервов не было, положение было катастрофическим. Между Врангелем и Деникиным углубился разлад. Окончательно разойдясь в мнениях с Деникиным, Врангель и Шатилов подали прошение об отставке и, по желанию Деникина, покинули Россию. На английском корабле они приплыли в Константинополь.