在十月革命期间，他在伊凡诺沃─沃兹涅先斯克一带，进行了具有历史意义的准备工作，他组织和率领了一支由纺织工人和革命士兵组成的2000人的队伍抵达莫斯科，参加组织莫斯科武装起义。
十月革命胜利后，伏龙芝任全俄中央执行委员会委员，直至1925年。1918年春夏，他任伊凡诺沃—沃兹涅先斯克省苏维埃执行委员会主席、省党委书记、省军事委员会人民委员和国民经济委员会主席。此后，他又被任命为雅罗斯拉夫军区军事人民委员，东线第4军司令员，为组建红军做了大量工作。
1919年3月，协约国帝国主义组织了第一次对苏俄的武装干涉。当时苏维埃政府成立东方方面军，下辖北路兵团和南路兵团，伏龙芝即为南路兵团司令员，指挥东线南路军队，其任务是对敌人发动突然袭击。
伏龙芝率领的部队在战斗中都表现得英勇顽强，其中第25师更为突出，该师的师长就是神勇的英雄恰巴耶夫（即夏伯阳）。1919年7月，伏龙芝担任东线司令员，领导红军解放了乌拉尔的北部和中部。
1918年8月至1920年伏龙芝担任土耳其斯坦前线司令员，率领红军从外国干涉军和白卫军占领下解放了伏尔加河地区、乌拉尔南部、哈萨克中亚细亚等地区。1920年，在任全俄中央执行委员会委员和负责土耳其斯坦事务的俄共（布）中央委员期间，伏龙芝巧妙地把指挥军事战役与领导旨在巩固哈萨克和中亚苏维埃政权的国务活动、政治活动结合起来，并为加强土耳其斯坦的党组织做了大量工作。