В июне 1917 года он по приказу Временного правительства прибыл в Петроград. Увидев анархию и активность большевистских агитаторорв в столице, а также посетив несколько заседаний Петроградского совета, он предложил полковнику Муравьеву, формировавшему добровольческие части, ротой юнкеров арестовать членов Петроградского совета как агентов вражеской страны, немедленно судить их военно-полевым судом и тут же привести приговор в исполнение. Затем, если потребуется, арестовать Временное правительство и "от имени народа просить Верховного Главнокомандующего генерала от кавалерии Брусилова принять на себя диктатуру над страной". Муравьев доложил о плане Брусилову, но тот оказался от его осуществления. Такая версия событий изложена Г.М.Семеновым в книге воспоминаний "О себе", изданной в Харбине в 1938 году, а в допросе его заместителем Генерального прокурора СССР Вавиловым 17 августа 1946 года (т.11 л.д.140-144) картина предстает такая. 23 июля Г.М.Семенов был принят Керенским, который вручил ему мандат комиссара Временного правительства по Иркутской области и значительную сумму денег, после чего Григорий Михайлович отбыл в Иркутск для формирования частей из монголов и бурят, которые, естественно, в армию не рвались. Во время попыток сформировать монголо-бурятскую часть пришло известие о взятии власти большевиками.
Г.Семенов отошел с некоторым количеством казаков в Манчжурию и сформировал там особый Манчжурский отряд для борьбы с большевиками. Начало формирования отряда положил случай, произошедший в декабре 1917 года. Начальник Китайско-Восточной железной дороги (КВДЖ), которая проходила по Манчжурии, генерал Д.Л.Хорват считал, что перемена власти в центре никак не отразится на его положении, и потому не принимал каких-либо мер против большевиков. Г.Семенов решил отправиться в Харбин, дабы открыть ему глаза на происходящее. 18 декабря Семенов прибыл на станцию Манчжурия. Там он увидел полностью деморализованный "обольшевичившийся" русский гарнизон. Китайские войска хотели разоружить его, взять под охрану и навести порядок в городе. Переговорив с начальником китайского гарнизона генералом Ганом, Семенов решил разоружить русских сам, на что имел право как комиссар Временного правительства. Он потребовал от начальника станции предоставить свободный эшелон в 30 теплушек, оборудованных нарами и печами, и отправил его на станцию Даурия, якобы для того, чтобы загрузить свой "монголо-бурятский полк", которого в действительности не существовало. На следующий день в 4 утра "полк" прибыл на станцию Манчжурия. Он состоял из семи человек во главе с войсковым старшиной бароном Унгерном. Никому и в голову не пришло, что полка нет, а состав прибыл почти пустой. К семи часам русский гарнизон, насчитывавший 1500 человек, был разоружен семью казаками; барон Унгерн с одним (!) казаком лично разоружил две роты, посажен в эшелон и в 10 утра отправлен в глубь России. Перед отправлением состава Семенов объявил солдатам, что задняя теплушка занята конвоем, и отправил одного подхорунжего Шувалова конвоировать эшелон из 37 вагонов. На станции Даурия Шувалов спрыгнул, а эшелон пошел дальше. Таким образом под контролем Г.Семенова оказались два гарнизона — даурский и манчжурский, сразу после разоружения которого Семенов отправил генералу Хорвату телеграмму: "Харбин, генералу Хорвату. Разоружил обольшевичившийся гарнизон Манчжурии и эвакуировал его в глубь России. Несение гарнизонной службы возложил на вверенный мне полк. Жду ваших распоряжений. Есаул Семенов".
Так начал свое существование Особый манчжурский отряд, который позднее вырос до армии. С ним Г.Семенов вернулся в Россию — и на станции Даурия Забайкальской железной дороги организовал штаб. За время гражданской войны Григорий Михайлович Семенов был избран походным атаманом Уссурийского, Амурского, Забайкальского, Уральского и Сибирского казачьих войск.
7 апреля 1918 года атаман Семенов начал свое первое наступление на красных, которых возглавлял Сергей Лазо. Наступление развивалось удачно — войска продвинулись на 200 верст по территории Забайкалья.
После прихода к власти Верховного Правителя России адмирала А.В.Колчака в ноябре 1918 года атаман Семенов, после небольших препирательств, признает его власть и подчиняется адмиралу. Колчак присваивает Григорию Михайловичу воинские звания, последнее из которых — генерал-лейтенант. Перед сложением с себя полномочий Верховного Правителя России А.В. Колчак указом от 4 января 1920 года, до соединения с генералом А.И.Деникиным, назначает атамана Семенова Главнокомандующим Вооруженными Силами Дальнего Востока и Иркутского военного округа и наделяет "всей полнотой военной и гражданской власти на этой территории". 6 октября 1920 года атаман переподчинился новому главкому — генерал-лейтенанту барону П.Н.Врангелю. В вооруженной борьбе с большевиками он участвовал до своей эмиграции в Манчжурию в сентябре 1921 года. Интересный и малоизвестный факт содержится в книге Семенова "О себе". Оказывается, он вызвал на дуэль главнокомандующего силами Антанты в Сибири французского генерала Жанена — за предательство им адмирала А.В.Колчака, заключавшееся в согласии Жанена на выдачу адмирала красным. Дуэль, правда, не состоялась — француз на нее не явился.