Im Mai 1849 beteiligte er sich an führender Stelle am Aufstand in Dresden zur Durchsetzung einer sächsischen Republik. Anfangs verlief dieser zu Gunsten der Aufständischen, und König Friedrich August II., der zuvor das Parlament aufgelöst und die Verfassung abgelehnt hatte, musste flüchten. Praktisch kampflos übernahmen die Revolutionäre die Kontrolle über Dresden und organisierten eine provisorische Regierung mit Otto Heubner, Samuel Tzschirner und Carl Todt an der Spitze. Bakunin übernahm die militärische Leitung des Aufstands und beriet die provisorische Regierung. Mit Hilfe eines großen preußischen Militäraufgebots wurde Dresden belagert, und nach sieben Tagen waren die Aufständischen dazu gezwungen, in Richtung Freiberg abzuziehen. Am 10. Mai 1849 wurde Bakunin jedoch gemeinsam mit August Röckel und Otto Leonhard Heubner in Chemnitz, wo sie die aufständischen Kräfte sammeln wollten, verhaftet.