Ее защищали мощные железобетонные форты, снабженные большим количеством противоштурмовой артиллерии и пулеметами. Кроме этого мятежников поддерживала мощная корабельная артиллерия. Замерзшее море перед Кронштадтом хорошо простреливалось. Вечером 7 марта Тухачевский начал артиллерийский обстрел крепости (всего было выпущено 5 тысяч снарядов). На рассвете следующего дня на штурм по льду Финского залива пошли 3 тысячи красных курсантов. Расчет делался на внезапность, но восставшие артиллерийским огнем с линкоров и фортов отразили атаку. Почти все участники первого штурма погибли или были ранены. Такое неудачное начало подорвало дух во многих частях. Некоторые полки заявили, что не будут «воевать со своими». Мятеж мог распространиться на Петроградский гарнизон. Тухачевскому пришлось жесткими мерами наводить порядок. (Всего в эти дни было расстреляно около ста человек, в основном красноармейцы из неблагонадежных частей.) 15 марта начался второй штурм крепости. Он был подготовлен более тщательнее. Атакующие делились на две группы — Северную и Южную. Перед каждой колонной была поставлена своя оперативная задача. Выдвижение началось еще ночью, чтобы свести потери к минимуму. Наступление поддерживалось ураганным артиллерийским огнем с материка. Но все равно — орудия фортов и линкоров, расстреливая наступавших по льду красноармейцев и красных курсантов, нанесли им значительный урон. В десять часов вечера атакующие ворвались в город. Завязались уличные бои. Тухачевский отдал приказ:
«Жестоко расправиться с мятежниками, расстреливая без всякого сожаления… пленными не увлекаться». В бою погибло более тысячи кронштадтцев, еще около двух тысяч были расстреляны в следующие дни по приговору военнореволюционных судов. Около трети восставших (8 тысяч) сумели пробиться в Финляндию.
Едва покончив с кронштадтскими мятежниками, Тухачевский в апреле 1921 г. получил новое назначение — подавить мощное крестьянское восстание в Тамбовской губернии, во главе которого стоял эсер Антонов. Как и в предыдущем случае, он имел над повстанцами большой перевес в силах: против 18 тысяч антоновцев, весьма плохо вооруженных и недостаточно обеспеченных боеприпасами, он мог двинуть более 50 тысяч солдат, много артиллерии, четыре бронепоезда, бронеотряды и аэропланы. Однако задача от этого не становилась легче — восставшие скрывались в труднодоступных лесах и болотах, откуда совершали свои дерзкие налеты, местное население в большинстве своем их безоговорочно поддерживало и помогало чем могло. Тухачевский понимал, что имеет дело с хорошо организованным партизанским движением, подавить которое можно лишь беспощадной жестокостью. Прежде всего требовалось лишить повстанцев их «тыла», то есть отсечь от них местное население. С этой целью Тухачевский приказал брать заложников в каждой подозрительной семье и расстреливать их при малейшем проявлении нелояльности в данной деревне. Все дома подлежали обыску, за хранение оружия был назначен расстрел на месте. Семьи повстанцев заключали в концлагеря. За любую помощь антоновцам был назначен расстрел. Во всех деревнях размещались гарнизоны. Благодаря всем этим мерам местное население оказалось настолько запуганным, что поддержка повстанцев сразу ослабла. В конце мая войска перешли в наступление и начали тотальное прочесывание местности. Антоновцы упорно сопротивлялись. Чтобы окончательно сломить их, Тухачевский с середины июля стал широко применять отравляющие газы.
Те из повстанцев, кто не сложил оружие, не был расстрелян или не пал в бою, нашел свою смерть в ядовитых облаках хлора. На сороковой день восстание было ликвидировано.
Жестокость Тухачевского очень импонировала большевистскому руководству. Летом 1921 г. он был назначен командующим Западным военным округом и находился в этой должности до весны 1924 г. (Здесь, в Смоленске, Тухачевский вступил в свой второй и третий браки. О второй его жене почти ничего не известно. Третья жена — Нина Гриневич — родила ему дочь Светлану.) В апреле 1924 г. Тухачевского назначили помощником начальника Штаба РККА, а в ноябре 1925-го он уже стал начальником Штаба. На этом посту Тухачевский постоянно конфликтовал с наркомом обороны Ворошиловым.
Последний блокировал все его инициативы по перевооружению войск и реорганизации органов военного управления. В 1928 г. Тухачевский подал рапорт об освобождении и был назначен командующим Ленинградским военным округом. Но и здесь он продолжал строить планы преобразований, посылал Ворошилову и Сталину свои соображения по реорганизации Красной Армии.