5 января 1830 года получил чин действительного статского советника. Во время восстания 1830—1831 годов являлся генерал-квартирмейстером и генерал-полицмейстером при главнокомандующем Резервной армией графе П. А. Толстом, принимал участие в разгроме повстанческого движения в Витебской, Минской и Виленской губерниях. Занимался ведением следственных дел над повстанцами и организацией гражданского управления на белорусских землях. Ананьев предполагает, что в период этого польского восстания у Муравьёва впервые сформировалась целостная программа необходимых в крае преобразований.