В 1909 году Тухачевские переехали в Москву. Михаил два года проучился в 10-й московской гимназии, а затем уговорил отца разрешить ему попытать счастье на воинском поприще. 16 августа 1911 года Тухачевский приступил к занятиям в последнем, 7-м классе 1-го Московского императрицы Екатерины II кадетского корпуса.
Год выпуска будущего полководца, 1912-й, был годом 100-летия Отечественной войны 1812 года. Соответственно и темой выпускного сочинения у кадет стала «Отечественная война и ее герои». Им устроили экскурсию на Бородинское поле, да не простую, а в условиях, приближенных к боевым: с разведкой, марш-броском, с полевыми кухнями… Тухачевский все экзамены сдал на «отлично» и 1 июня 1912 года получил заветный аттестат. Его имя было занесено на мраморную доску. Еще в корпусе Михаил составил словарь пословиц и поговорок, относящихся к военному делу: «Смелый приступ — половина победы», «Бой отвагу любит», «Крепка рать воеводой», «Умей быть солдатом, чтобы быть генералом». Юный кадет мечтал стать генералом.
К 1912 году относится знакомство Тухачевского с большевиком Н.Н. Кулябко, вскоре переросшее в большую дружбу. Николай Николаевич окончил Гнесинское музыкальное училище и стал учиться в Консерватории у профессора Н.С. Жиляева, благодаря которому стал вхож в дом Тухачевских, неравнодушных к музыке. Сам Михаил играл на рояле и на скрипке, а впоследствии увлекся изготовлением скрипок и даже написал специальное пособие «Справка о грунтах и лаках для скрипок». Позднее он признавался одному из сослуживцев: «Нет ничего прекраснее музыки. Это моя вторая страсть, после военного дела».
И в кадетском корпусе, и в юнкерском училище Тухачевский оставался убежденным атеистом, хотя, наученный горьким опытом в пензенской гимназии, не выказывал публично своего неверия. Известный музыковед, друг и биограф композитора и пианиста Сергея Танеева Леонид Сабанеев, вхожий в семейство Тухачевских, свидетельствовал: Михаил был юношей «весьма самонадеянным, чувствовавшим себя рожденным для великих дел», причем порой «это у него носило характер мальчишества: он снимался в позах Наполеона, усваивал себе надменное выражение лица. По-видимому, он был лишен каких бы то ни было принципов, — тут в нем было нечто от «достоевщины», скорее от «ставрогинщины». Он, видимо, готовился в сверхчеловеки». Здесь под отсутствием принципов недружественно настроенный к Тухачевскому Сабанеев, несомненно, имеет в виду отсутствие религиозно-нравственных, христианских принципов.
12 июля 1914 года Михаил Тухачевский закончил Александровское военное училище первым по успеваемости и дисциплине. Его произвели в подпоручики и, по правилам, предоставили свободный выбор места службы. Тухачевский, как завещал дед-генерал, предпочел лейб-гвардии Семеновский полк. По словам дяди Тухачевского, полковника М.Н. Балкашина, племянник собирался продолжить военное образование: «Он был очень способен и честолюбив, намеревался сделать военную карьеру, мечтал поступить в Академию Генерального штаба». А там, глядишь, — прямая дорога в генералы, если, чем черт не шутит, не в фельдмаршалы. Пока же свежеиспеченный подпоручик, получив 300 рублей казенных денег на экипировку — для Тухачевских сумма немалая, — отправился во Вражское в отпуск. Но отпуск пришлось прервать до срока: была объявлена мобилизация и война. Тухачевский вынужден был спешно догонять свой полк, выступивший в район Варшавы. Молодого подпоручика назначили младшим офицером (по-нынешнему — заместителем командира) 7-й роты 2-го батальона. Ротой командовал опытный воин капитан Веселаго, добровольцем участвовавший еще в русско-японской войне. Вскоре полк перебросили в район Ивангорода и Люблина против австро-венгерских войск. 2 сентября 1914 года рота Веселаго и Тухачевского под фольварком Викмундово у местечка Кржешов с боем форсировала реку Сан по подожженному австрийцами мосту, а потом благополучно вернулась на восточный берег с трофеями и пленными. Командир роты за этот подвиг получил орден Св. Георгия 4-й степени, младший офицер — орден Св. Владимира 4-й степени с мечами. Потом последовали другие бои с австрийцами и пришедшими им на помощь немецкими частями. Тухачевский отличился еще несколько раз. Его товарищ по полку А.А. Типольт, командовавший взводом в 6-й роте того же 2-го батальона, вспоминал случай, происшедший в конце сентября или начале октября 1914 года: «Полк занимал позиции неподалеку от Кракова, по правому берегу Вислы. Немцы укрепились на господствующем левом берегу. Перед нашим батальоном посредине Вислы находился небольшой песчаный островок. Офицеры нередко говорили о том, что вот, дескать, не худо бы попасть на островок и оттуда высмотреть, как построена вражеская оборона, много ли сил у немцев… Не худо, да как это сделать? Миша Тухачевский молча слушал такие разговоры и упорно о чем-то думал. И вот однажды он раздобыл маленькую рыбачью лодчонку, борта которой едва возвышались над водой, вечером лег в нее, оттолкнулся от берега и тихо поплыл. В полном одиночестве он провел на островке всю ночь, часть утра и благополучно вернулся на наш берег, доставив те самые сведения, о которых так мечтали в полку».
19 февраля 1915 года Семеновский полк занимал позиции в лесу перед селением Высокие Дужи, расположенном на дороге между городами Ломжа и Кольно. Днем немцы атаковали окопы семеновцев после мощной артподготовки, но захватить их не смогли. Тогда ночью они предприняли внезапную атаку, прорвались в стыке двух рот и окружили 7-ю роту. В рукопашном бою она была уничтожена почти полностью. Тухачевскому повезло больше, чем командиру роты, которого неприятельские солдаты подняли на штыки. В момент атаки Михаил Николаевич спал в неглубоком окопчике. Проснувшись, пытался организовать сопротивление своей роты, отстреливался от нападавших из револьвера, но был быстро сбит с ног, оглушен и очутился в плену. Приказом по полку от 27 февраля 1915 года Тухачевский вместе с Веселаго были объявлены погибшими. Лишь несколько месяцев спустя семья получила через Красный Крест письмо из Германии от Михаила. Мать и сестры несказанно обрадовались его «воскрешению».
В письмах сестрам Тухачевский советовал перечитывать «Слово о полку Игореве», намекая, что, подобно герою древней поэмы, готовится к бегству из плена. Но отнюдь не голод толкал Михаила Николаевича, как и многих других пленных офицеров, к побегу. Он хотел продолжать воевать, верил в победу над Германией и ее союзниками, горел желанием показать свое воинское мастерство, найти на полях сражений свой Тулон.
Двоюродной сестре своей второй жены, писавшей под псевдонимом Лидия Норд, много лет спустя Тухачевский признавался: «Войне я очень обрадовался… Мечтал о больших подвигах, а попал в плен. Но еще до плена я уже получил орден Владимира с мечами. В душе я очень гордился этим, но старательно скрывал свое чувство от других. И был уверен, что заслужу и Георгиевский крест».
Пять раз пытался Тухачевский бежать из плена. Четыре попытки окончились неудачей. Свояченице Михаил Николаевич позднее говорил: «Сидевший со мной в плену в Ингольштадте, куда меня привезли после четвертого побега, французский офицер, когда я снова начал строить планы побега, сказал: «Вы, наверное, маньяк, неужели вам не довольно неудачных попыток…» Но неудачи первых побегов меня не обескуражили, и я готовился к новому. Немцев я ненавидел, как ненавидит дрессировщиков пойманный в клетку зверь. Рассуждения моих товарищей по плену, иностранных офицеров о причинах неудач русско-японской кампании и наших поражений в эту войну меня приводили в бешенство. Устав обдумывать план побега, я отдыхал тем, что мысленно реорганизовывал нашу армию, создавал другую, которая должна была поставить на колени Германию. И дать почувствовать всему миру мощь России. Я составлял планы боевых операций и вел армии в бой… Может, тогда я был на грани помешательства…» Позднее Тухачевскому довелось воплотить мечту в жизнь — создать новую массовую армию, оснащенную самой передовой техникой.
