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.