С июня 1942 года проходил обучение на ускоренном курсе Высшей военной академии имени К. Е. Ворошилова, по окончании которого в ноябре был назначен на должность командира 5-го механизированного корпуса, который вёл боевые действия на Сталинградском, Брянском, Западном, 2-м и 3-м Украинских фронтах. Корпус под командованием М. В. Волкова участвовал в ходе Смоленско-Рославльской и Уманско-Ботошанской наступательных операций, а также при освобождении городов Могилёв-Подольский и Бельцы. За отличие при форсировании реки Днестр, взятие города Бельцы и выход на государственную границу 5-му механизированному корпусу было присвоено почетное наименование «Днестровский», а генерал-майор Михаил Васильевич Волков был награждён орденом Суворова 2 степени. В ходе Ясско-Кишинёвской операции корпус отличился при освобождении города Рымникул-Сэрат, за что получил почётное наименование «Рымникский» и был преобразован в 9-й гвардейский. Вскоре умело командовал корпусом в Венской, Братиславско-Брновской и Пражской наступательных операциях, за что корпус был награждён орденом Красного Знамени и Кутузова 2 степени.