Velel Rudé armádě během rusko-polské války v roce 1919–1921. Probil se až k Varšavě, kde však byla jeho vojska zcela zničena polskými jednotkami vedenými maršálem Piłsudskim. Během této války se poprvé dostal do sporu se Stalinem. Nejdříve se spolu přeli o jednotky, neboť Stalin velel útoku na Lvov a protože úkol zvládal jen těžko, odebíral na základě své politické funkce jednotky Tuchačevského skupině útočící na Varšavu. Po bitvě se navzájem obviňovali ze zavinění neúspěchu ve válce, prohra v bitvě o Varšavu se ukázala být rozhodující. Tuchačevskij byl kritizován za to, že neměl dostatečnou kontrolu nad svými jednotkami a že připustil obklíčení a zničení svého uskupení. Sám pak namítal, že si nemohl z politických důvodů vybrat vhodné velitele svých divizí a poukazoval na to, že Stalin svévolně a bez jeho vědomí odebral jeho levému křídlu Buďonného jízdní armádu a kriticky je tak oslabil (průlom na této části bojiště pak rozhodl bitvu). Zde vzniklo nepřátelství mezi Stalinem a Tuchačevským, které zřejmě nikdy neskončilo. Na druhé straně všechny tyto okolnosti nemohou popřít fakt jeho vlastního hrubého selhání, když u Varšavy slepě nakráčel do pasti, kterou mu Piłsudski nastražil, a prakticky po celou dobu postupoval přesně podle jeho plánů a předpokladů.