קמיינב הצטרף לצבא האדום באפריל 1918. בתמיכת לאון טרוצקי הוא מונה למספר תפקידי מפתח ובאוגוסט 1918 מונה למפקד החזית המזרחית. הוא כיהן בתפקיד זה עד ליולי 1919 ופיקד על הלחימה נגד אלכסנדר קולצ'ק. ב-8 ביולי 1919 קמיינב מונה למפקד העליון של הצבא האדום וכיהן בתפקיד זה עד לשנת 1924. בהיותו בתפקיד הוא פיקד על מבצעי הצבא בפולין, חצי האי קרים ודיכוי מרד האיכרים ברחבי רוסיה. הוא עיבד תוכנית פעולה של המלחמה הפולנית-סובייטית שלא יצאה לפועל עקב התנגדות של אלכסנדר יגורוב ויוסיף סטלין.