Затем войска армии участвовали в Советско-польской войне: вели бои в районах гг. Мозырь, Овруч, Коростень, Белокоровичи отступили из этих районов за Днепр, оставив Киев (апрель—май 1920). Армия приняла участие в операциях Юго-Западного фронта: Киевской (26 мая — 17 июня 1920) (форсирование реки Днепр, занятие городов Киев и Коростень), Ровенской (28 июня — 11 июля 1920) (занятие г. Сарны), во Львовской (23 июля — 20 августа 1920) (форсирование рек Стырь и Стоход, овладение г. Ковель, наступление на г. Холм). Армия, понеся большие потери в боях, в августе — сентябре 1920 года, отступила на восток и перешла к обороне. В ноябре вела борьбу против формирований Петлюры и Булак-Балаховича. Армия награждена Почётным революционным Красным Знаменем.