Увлеченность военным делом сыграла решающую роль в судьбе Миши. И не случайно, после того как семья Тухачевских переехала в Москву, он в 1911 году уговорил отца разрешить перейти из гимназии в 1-й Московский Екатерининский кадетский корпус в Лефортове. Успешно сдав приемные экзамены, юноша поступил в 7-й (последний) класс. Уровень знаний воспитанников корпуса благодаря стараниям его ректора — просвещенного генерала В. В. Римского-Корсакова, родственника знаменитого русского композитора, — превосходил гимназии и реальные училища.
Тухачевский глубоко изучал как специальные, так и общеобразовательные предметы. Он завел тетрадь, в которую заносил выписки из военно-исторических книг, меткие изречения видных полководцев. «Науку побеждать» Суворова знал наизусть. Вскоре Михаил стал одним из лучших учеников и был назначен вице-фельдфебелем — старшиной класса. Закончив с отличием корпус, он выбрал для дальнейшей учебы Александровское военное училище, которое размещалось на Арбате. Оно, правда, не было столь привилегированным, как Павловское в Петербурге, но зато славилось военной подготовкой будущих офицеров.
Начальник училища, хороший организатор и педагог генерал-лейтенант Н. И. Геништа выделялся очень умеренными либеральными взглядами. В 1905 году Николай Иванович, будучи начальником Казанского юнкерского пехотного училища, дал путевку в жизнь будущему Маршалу Советского Союза Александру Ильичу Егорову. Жизнь сложилась так, что Николай Иванович стал крестным отцом еще одного из первых советских маршалов — Тухачевского. А после Октябрьской революции генерал-лейтенант Геништа добровольно вступил в Красную Армию и в 20-е годы в должности старшего инспектора Главного управления военно-учебных заведений Рабоче-Крестьянской Красной Армии работал под руководством своего бывшего воспитанника Тухачевского.
Пребывание в Александровском военном училище сыграло важную роль в становлении М. Н. Тухачевского как офицера. Этому способствовали значительные изменения, происшедшие в русской армии в начале XX века. То было время критического осмысливания закономерностей развития военного дела, формирования общей теории буржуазной военной науки. После русско-японской войны 1904–1905 годов наметился серьезный сдвиг в сторону становления и закрепления позиций русской национальной военной школы. Ее представителями выступали известные военные деятели М. И. Драгомиров и Д. А. Милютин, военные историки Д. Ф. Масловский и А. К. Баи-ов, профессора Николаевской академии Генерального штаба Н. П. Михневич, Н. А. Орлов, А. Г. Елчанинов и другие. Их труды имелись в библиотеке училища, в которой Тухачевский нередко проводил все свободное время. Он не только успешно овладевал обязательным объемом курса военной подготовки, но и дополнительно изучил более 50 военно-исторических трудов. Среди них капитальный 9-томный труд «Русско-японская война 1904–1905 гг.», изданный в 1910–1913 годах, работа Н. П. Михневича «Стратегия», вышедшая в свет в двух книгах в 1910–1911 годах. Особенно Тухачевского заинтересовала работа А. Г. Елчанинова «Ведение современных войны и боя», выпущенная в 1909 году. Автор книги выступал горячим пропагандистом военного искусства Суворова, остро ставил вопрос о том, как должны развиваться способы боевых действий и какова будет в будущей войне роль различных родов войск.
Внимательно М. Н. Тухачевский относился к полевым занятиям, решению тактических задач, изучению уставов и наставлений, в том числе и Устава полевой службы 1912 года. На тактических занятиях проявились такие его качества, как решительность, хладнокровие, умение быстро реагировать на изменения обстановки и принять целесообразное решение. Курсовой офицер А. М. Кавелин следующим образом охарактеризовал Тухачевского: «Способный к военным наукам, начитанный, признанный авторитет среди товарищей, он оставался совершенно равнодушным к своей будущей карьере и месту «в свете».
В выходные дни молодой юнкер часто бывал у знатока и теоретика музыки профессора Николая Сергеевича Жиляева, друга отца. Интерес к музыке сохранился у Михаила Николаевича на всю жизнь. У Жиляева он познакомился с семьей Кулябко. Юрий Павлович и Прасковья Ивановна хорошо знали Владимира Ильича Ленина и Надежду Константиновну Крупскую, о которых Тухачевский впервые услышал из рассказов Кулябко. Их племянник, студент-юрист Николай Николаевич Кулябко считал себя убежденным марксистом. Встречи и беседы с ним сыграли важную роль в формировании мировоззрения Михаила Николаевича. Они способствовали выработке у него все более критического отношения к самодержавию.