第一次世界大战爆发后，图哈切夫斯基随部队开赴前线，因作战勇敢6次受奖。1915年2月19日。他在战场被德军俘虏，送至德国的军官战俘营囚禁。1917年秋，在被俘士兵的帮助下逃回俄国，并在其原来的部队充任连长。

1918年春，图哈切夫斯基开始在全俄苏维埃中央执行委员会军事部工作，并于同年4月加入布尔什维克党。6月，他奉命去东部战线负责整顿零散部队。筹建红军第一集团军。他在不长的时间内出色地完成了任务，并亲率部队多次战胜白卫军。

1919年3月，图哈切夫斯基曾一度指挥南部战线第八集团军作战。但为时不长即被调回东部战线接受了第五集团军司令的任命。第五集团军在粉碎高尔察克匪帮的斗争中起过重要作用。图哈切夫斯基由于领导和指挥部队作战有方被授予红旗勋章。

1920年初。图哈切夫斯基升任高加索战线司令。这一战线的各部队在他的领导下成功地实施了叶戈尔雷克战役和北高加索战役，歼灭败退到北高加索的邓尼金主力部队。

1920年4月，他被任命为西部战线司令，率所部偕同西南战线的部队对波兰干涉军作战。通过七月攻势。红军强渡维斯瓦河，直逼华沙。但由于他的轻敌和经验不足，在华沙战役被劣势的波兰军队打的惨败，损失了4个集团军15万人。