За победу над Колчаком Тухачевский был награждён Почётным революционным оружием.
Главком С. С. Каменев 20 марта 1920 года докладывал В. И. Ленину, что планируется назначить командующим Западным фронтом М. Н. Тухачевского, а 26 марта Реввоенсовет Республики отметил, что «Западный фронт является в настоящее время важнейшим фронтом Республики».
25 апреля 1920 г. польский Юго-Восточный фронт перешёл в наступление на Украине против советского Юго-Западного фронта (ЮЗФ) (командующий А. И. Егоров, член РВС И. В. Сталин), 6 мая поляки заняли Киев. 28 апреля Главное командование Красной армии назначило наступление Западного фронта на 14 мая до завершения всех мероприятий по подготовке, чтобы оказать немедленную помощь отступавшему ЮЗФ. Тухачевский вступил в командование Западным фронтом 29 апреля. В ходе наступления против польского Северо-Восточного фронта правофланговая 15-я армия А. И. Корка заняла район т. н. Смоленских ворот южнее Полоцка, однако из-за отсутствия резервов этот успех не получил развития. В центре 16-я армия форсировала Березину, но к 27 мая польский контрудар заставил её отойти обратно. Неудачный исход Майской фронтовой операции явился следствием недооценки сил противника, сосредоточившего крупные силы для подготовки своего наступления против Западного фронта. В то же время наступление Запфронта заставило польское командование перебросить две с половиной дивизии со своего Юго-Восточного фронта, ослабив тем самым наступление на Украине.
В результате начавшегося 26 мая контрнаступления советского ЮЗФ польские армии ЮВФ отступили почти на исходное перед апрельским наступлением положение, на Украину была переброшена часть сил из Беларуси с ослаблением СВФ. С учётом этого Тухачевский принял решение нанести первый удар в Июльской операции максимальными силами. 4 июля Запфронт перешёл в наступление, на правом фланге 4-я армия прорвала польскую оборону, и в прорыв был введен 3-й конный корпус Г. Д. Гая (военком А. М. Постнов), создавая угрозу окружения польской 1-й армии. 11 июля части красной 16-й армии взяли Минск, с 12 июля все армии фронта перешли к преследованию противника, были взяты Вильно, Гродно, Барановичи, Пинск. В ходе июльской операции Запфронта основные силы польского Северо-Восточного фронта потерпели тяжёлое поражение. В свою очередь ЮЗФ в июле нанес поражение польскому Юго-Восточному фронту, и его армии заняли Западную Украину.
На этом этапе польской кампании военные решения были полностью подчинёны политической воле руководства РСФСР. Получив ноту министра иностранных дел Великобритании лорда Керзона от 11 июля с предложением о перемирии на линии Гродно – Брест-Литовск – Рава Русская (этнографические границы Польши, определённые Парижской мирной конференцией 1919 г.), Ленин расценивает её как попытку «вырвать из рук победу» и требует «бешеного ускорения наступления на Польшу». 22 июля министр иностранных дел Польши Сапега направил радиограмму Советскому правительству с предложением немедленного перемирия. Однако успешное наступление фронтов породило в ЦК РКП(б) ожидания полного разгрома Польши. Главком С. С. Каменев ставит перед Западным фронтом задачу овладеть Варшавой не позднее 12 августа. В то же время по просьбе РВС Юго-Западного фронта директива Главкома переносит его главный удар с Брест-Литовского на Львовское направление, то есть фронты должны были наступать по расходящимся направлениям.
Планируя Варшавскую операцию, Тухачевский отказался от фронтального главного удара по Варшаве. Предполагая, что главные польские силы отходят севернее столицы, он нанёс главный удар на этом направлении, чтобы разгромить противника северо-западнее Варшавы. В то же время левый фланг фронта был прикрыт слабо.
Решение о наступлении было принято 8 августа. Тогда же Тухачевский предложил создать временный оперативный пункт для управления 1-й Конной и 12-й армиями, передаваемыми в подчинение ЗФ из состава ЮЗФ по решению Политбюро от 2 августа. Эти войска, а также 14-я армия, предназначались для подкрепления слабой Мозырской группы и 16-й армии, направленных южнее Варшавы, с дальнейшей целью окружения польской столицы с юга. 11 августа достигута окончательная договорённость о немедленном повороте этих армий со Львовского на Люблинское направление. Командование ЮЗФ заявило, что сумело ознакомиться с директивой только 13 августа из-за искажений при шифровании. 14 августа Главком С. С. Каменев требует повернуть войска немедленно. РВС ЮЗФ отвечает, что они уже втянуты в бои подо Львовом и повернуть их на север невозможно. В своих мемуарах Буденный позже укажет, что на самом деле 1-я Конная в это время только выдвигалась ко Львову и завязывала бои с отступающими арьергардами противника. Приказу повернуть на север 1-я Конная подчинилась только 21 августа, а 12-я армия его не выполнила вообще. К этому времени Пилсудский, начавший наступление 16 августа против левого фланга ЗФ и встык ЗФ и ЮЗФ, уже выходил на линию Остроленка-Ломжа-Белосток.