Яркой страницей в боевой биографии Каменева была организация борьбы с басмачеством. В 1922 году он, можно сказать, непрерывно был в пути. Ташкент, Бухара, Самарканд — наиболее крупные вехи на этом пути. Каменев руководил действиями войск против басмачей, оказывал помощь местным органам власти в организации борьбы против политического бандитизма. Его заслуги в борьбе с басмачеством получили высокую оценку. ЦИК Бухарской народной Советской республики наградил Каменева орденом Красного Полумесяца 1-й степени, Хорезмской — орденом Красного Знамени.
Из командировки Каменева привезли без сознания. В Туркестане в то время свирепствовала тропическая лихорадка, и как ни оберегала мужа Варвара Федоровна, сопровождавшая главкома в качестве медсестры, Сергей Сергеевич заразился. «Целый месяц, — писала в своих воспоминаниях Наталья Сергеевна Каменева, — жизнь его висела на волоске. Наконец, лихорадка стала отступать, началось медленное выздоровление».
Потребовался еще отдых в Крыму, чтобы Сергей Сергеевич мог вернуться к службе. Во многом она была уже новой. Шла демобилизация армии. Одновременно осуществлялись первые шаги по созданию Вооруженных Сил мирного времени. Это была сложная задача. В ее основу были положены решения X съезда РКП (б), требовавшие при резком сокращении численности Вооруженных Сил обеспечить обороноспособность страны в условиях капиталистического окружения.
Как большое личное горе перенес Каменев всенародную трагедию: кончину Ленина. Позже Каменев писал: «Владимир Ильич заболел, но я не знал, что он болен безнадежно. Тем сильнее и тяжелее я пережил удар, когда в 7 часов вечера 21 января 1924 года Э. М. Склянский попросил меня срочно зайти к нему в кабинет и сообщил, что Владимира Ильича больше нет». Каменев был в числе тех, кому было поручено выехать в Горки и сопровождать тело Ленина в Москву.
Дома Сергей Сергеевич не скрывал слез и каждое утро, пока гроб с телом Ленина стоял в Колонном зале Дома союзов, Сергей Сергеевич будил свою семью одними и теми же словами:
— Вставайте, поедем к Владимиру Ильичу.
«Это звучало так, — писала в своих воспоминаниях Наталья Сергеевна Каменева, — как если бы Ленин был жив и мы ехали навестить его».
В апреле 1924 года была произведена реорганизация центрального аппарата военного ведомства. В связи с повсеместным окончанием военных действий должность Главнокомандующего всеми Вооруженными Силами оказалась уже ненужной. Каменев был назначен инспектором РККА. В марте 1925 года произошло слияние инспекторского аппарата со штабом РККА, и Каменев стал начальником штаба Рабоче-Крестьянской Красной Армии. В ноябре 1925 года вновь произошло разделение: Каменева назначили Главным инспектором, а в августе 1926 года начальником Главного управления РККА. 20 мая 1927 года Каменев был утвержден заместителем Наркома по военным и морским делам и Председателя Революционного Военного Совета СССР.
Все эти перестройки и связанные с ними перемещения руководящих лиц объяснимы: шел поиск наиболее оптимальных форм руководства Вооруженными Силами Страны Советов. И на каждой должности, которую исполнял Каменев, он активно занимался главным — строительством Советских Вооруженных Сил, их обучением и техническим оснащением. Еще будучи главнокомандующим, Каменев фактически возглавлял академические курсы высшего командного состава, вникал в принципиальные вопросы преподавания в других военно-учебных заведениях. Сергея Сергеевича меньше всего можно было назвать кабинетным работником. Он присутствовал на большинстве учений и маневров, уезжал в длительные инспекционные поездки.
Большое внимание уделял Каменев созданию новой боевой техники. Сейчас мало кто знает, что с его руководящим участием было дано «добро» созданию реактивной артиллерии — знаменитых «катюш». Этот факт заслуживает того, чтобы о нем рассказать подробнее.
Еще до первой мировой войны русский инженер-пиротехник Н. И. Тихомиров начал работу по созданию «мин нового типа». В 1919 году он обратился за содействием к управляющему делами СНК РСФСР В. Д. Бонч-Бруевичу. Тот направил его к начальнику полевого штаба РВСР Лебедеву. По его указанию идея Тихомирова была изучена в Главном артиллерийском управлении и получила одобрение. Лебедев распорядился предоставить изобретателю необходимые условия, в том числе специальную лабораторию и помощника пиротехника В. А. Артемьева.
О работах Тихомирова Лебедев доложил Каменеву. И как ни был Сергей Сергеевич занят фронтовыми делами, он находил возможность поинтересоваться ходом работ в лаборатории Тихомирова, оказать ему необходимую помощь.