Незаметно наступил 1914 год, который принес несчастье в семью — умерли отец и сестра Надя. Осенью Мавра Петровна проводила сына-подпоручика на фронт, и только через три года они вновь смогли встретиться…
По фамильной традиции Тухачевский выбрал для прохождения службы лейб-гвардии Семеновский полк, входивший в состав 1-го гвардейского корпуса. Полк участвовал в сражениях под Люблином, в Галиции, у Демблина (Ивангород), Кракова, под Ломжей. В боях Михаил Николаевич приобрел твердые навыки в управлении подразделениями, проявлял дисциплинированность и инициативность. По воспоминаниям сослуживцев, он отличался подтянутостью, сосредоточенностью, обостренным интересом к окружающему, заботливым отношением к подчиненным. Быстро росло командирское мастерство молодого офицера. Всего за полгода боев Тухачевский был награжден шестью орденами, которые являлись наградами не только за мужество и отвагу, но и за незаурядный военный талант. Однако вскоре произошли события, коренным образом изменившие судьбу бесстрашного офицера. 19 февраля (4 марта) 1915 года на позиции лейб-гвардии Семеновского полка противник обрушил шквал артиллерийского огня. Седьмая рота полка была почти полностью уничтожена, а с ее остатками германскими солдатами был взят в плен и поручик Тухачевский.
Естественно, что в германском плену молодой, полный сил и жажды деятельности Тухачевский не смирился со своей участью, предпринимал попытки бежать, но каждый раз неудачно. В одном из лагерей, находившемся в Галле, Михаил Николаевич подружился со штабс-капитаном Игнатюком, возившим с собой небольшую библиотеку. Тухачевский снова встретился с книгами своих любимых писателей и поэтов Л. Н. Толстого, А. С. Пушкина, Н. В. Гоголя, М. Ю. Лермонтова. Но наиболее ценной была находка на одной из книжных полок брошюры Ленина «Социализм и война (Отношение РСДРП к войне)» и газеты «Социал-демократ» от 11 октября 1915 года.
Оторванный от Родины, Тухачевский понятия не имел о положении в стране. У Ленина он нашел ответы на многие вопросы: об обострении бедствия народных масс, об их революционных настроениях, о необходимости превращения империалистической войны в войну гражданскую, о деятельности партии социал-демократов, тысячи членов которой были арестованы царским правительством.
Изучение брошюры «Социализм и война» позволило ему по-новому взглянуть на характер мировой империалистической войны. Было очевидно, что лозунг о «защите отечества» является фальшью, прикрытием истинных, грабительских целей войны, ведущейся за сохранение капитализма и национальное угнетение других народов.
Важное значение в формировании политического мировоззрения Тухачевского имела и нелегальная литература, переправлявшаяся в лагеря военнопленных Комиссией помощи пленным, созданной в 1915 году в Берне по инициативе Ленина. Надежда Константиновна Крупская в своих воспоминаниях отмечала: «Материальная помощь, конечно, не могла быть очень велика, но мы помогали чем могли, писали им письма, посылали литературу».
Изучение марксистской литературы позволило Тухачевскому прийти к твердому убеждению в правоте большевиков. Генерал-лейтенант А. В. Благодатов, находившийся в плену в крепости Ингольштадт вместе с Тухачевским, отмечал его откровенное сочувствие революции. Французский генерал Гойе де Мейзерак в своих воспоминаниях приводит высказывание Михаила Николаевича о том, что если Ленин окажется способным избавить Россию от хлама старых предрассудков и поможет ей стать независимой, свободной державой, то он, Тухачевский, пойдет за Лениным.
В конце августа 1917 года, воспользовавшись предоставленной пленным возможностью прогулки вне лагеря, Тухачевский благополучно бежал из плена. Ночами он пробирался к швейцарской границе, а в Берне у русского консула получил документы для возвращения в Россию. В связи с тем, что еще шла война, Тухачевскому пришлось возвращаться на Родину кружным путем — через Францию, Англию, Скандинавию. В русском посольстве в Париже его принял и оказал помощь военный агент (атташе) граф Алексей Алексеевич Игнатьев, впоследствии генерал-лейтенант Советской Армии, автор известной книги «Пятьдесят лет в строю».
12 октября, за две недели до Октябрьского вооруженного восстания, Тухачевский прибыл в Петроград и явился в казармы лейб-гвардии Семеновского полка, где был размещен его запасный батальон. Встретили офицера-фронтовика с интересом и уважением, хотя и настороженно. В армии к этому времени произошли значительные изменения: были отменены воинские звания, отдание чести. Правда, это не шокировало Тухачевского, демократа по натуре, относившегося уважительно и заботливо к солдатам. Они вскоре признали его своим и избрали командиром роты. Но прошло немного времени, и запасный батальон был расформирован, а офицеры, в том числе и Тухачевский, демобилизованы. Он снова вернулся во Пражское, откуда внимательно следил за событиями, происходившими в стране.