В ноябре 1937 года М. И. Панфилович поступил в Академию Генерального штаба РККА, по окончании которой в августе 1939 года назначен начальником штаба 36-й мотострелковой дивизии в составе 57-го особого корпуса, дислоцированного на территории МНР, после чего принимал участие в боевых действиях на реке Халхин-Гол. Осенью 1939 года переведён на должность заместителя начальника штаба оперативного отдела 1-й армейской группы, которая в июне 1940 года была преобразована в 17-ю армию, где майор М. И. Панфилович сохранил занимаемую должность.