À l'entrée de la Russie dans la Première Guerre mondiale, Michel Alexandrovitch demanda au tsar la permission de rentrer en Russie avec son épouse et son fils. Ils s'installèrent donc au palais de Gatchina. Grâce à l'intervention de son ami, le général Illarion Vorontsov-Dachkov, vice-roi du Caucase russe, il obtint le grade de général de division en et commanda la Division indigène de cavalerie caucasienne (surnommée la Division sauvage) formée de musulmans du Caucase, Tchétchènes, Tcherkesses et du Daghestan. Il fut très apprécié par ses soldats. Leurs hauts faits d'armes lui valurent la croix de Saint-Georges. Il commanda ensuite le de cavalerie. En 1916, il fut promu lieutenant-général puis adjudant-général. Le , il fut nommé au poste d'inspecteur général de cavalerie, mais après la révolution de Février 1917, il fut, comme tous les membres de la famille impériale, rayé des effectifs de l'armée et ses pensions lui furent retirées le .