В начале 1812 года была сформирована 2-я сводно-гренадерская дивизия, её командующим назначили Воронцова. Дивизия участвовала во всех важнейших сражениях Отечественной войны. В начале Бородинского сражения она обороняла Семёновские флеши и приняла на себя главный удар неприятеля. Ранним утром французы атаковали флеши в лоб и выбили дивизию Воронцова из укреплений. Около восьми часов Михаил Семёнович возглавил контратаку, но был ранен и унесён с поля боя. Об этом этапе сражения в донесении М. И. Кутузова царю было сказано: «Неприятель, построясь в несколько густых колонн, в сопровождении многочисленной кавалерии с бешенством бросился на наши укрепления. Артиллеристы, с мужественным хладнокровием выждав неприятеля на ближайший картечный выстрел, открыли по нём сильный огонь, равномерно и пехота встретила его самым пылким огнём ружейным, но поражение их колонн не удержало французов, которые стремились к своей цели и не прежде обратились в бегство, как уже граф Воронцов с сводными гренадерскими батальонами ударил на них в штыки; сильный натиск сих батальонов смешал неприятеля, и он, отступая в величайшем беспорядке, был повсюду истребляем храбрыми нашими воинами. При сём нападении граф Воронцов, получив жестокую рану, принуждён был оставить свою дивизию».
Сам Михаил Семёнович об этом эпизоде сражения вспоминал следующее:
— Мы должны были выдержать первую и жестокую атаку пяти-шести французских дивизий. Сопротивление не могло быть продолжительным, оно кончилось, так сказать, с окончанием существования моей дивизии. Находясь лично в центре и видя, что один из редутов на моём левом фланге потерян, я взял батальон 2-й гренадерской дивизии и повёл его в штыки, чтобы вернуть редут обратно. Там я был ранен, а батальон почти уничтожен. Час спустя дивизия не существовала.
За отличие в Бородинском сражении Воронцов был награждён орденом Святого Андрея Первозванного I степени с алмазами. Почти полгода Михаил Семёнович находился на излечении в своём имении Андреевское Владимирской губернии. Там он учредил госпиталь на 300 нижних чинов и 50 офицеров.
По выздоровлении Воронцов был назначен командовать авангардом 3-й Западной армии и удостоен чина генерал-лейтенанта. Участие в «Битве народов» (сражение под Лейпцигом) принесло ему орден Святого Александра Невского. В кампании 1814 года Михаил Семёнович отличился под Краоном и был удостоен ордена Святого Георгия 2-го класса.
Три года Михаил Семёнович возглавлял во Франции русский Оккупационный корпус. За гуманное обращение с жителями был награждён двумя медалями двух округов Мобёжа и, что необычно, из собственных средств уплатил все долги, сделанные офицерами его корпуса.
Воронцов пользовался репутацией гуманного и просвещённого начальника не только среди своих подчинённых. В истории не часто встречаются примеры искренней благодарности местного населения командующему армией, находившейся несколько лет на территории чужого государства. 21 октября 1818 года в мэрии Мобёжа было составлено благодарственное письмо на имя Михаила Семёновича от имени жителей города. В нём говорилось, что благодаря деятельности Воронцова жизнь города протекала в обстановке мира и спокойствия, а сам командующий являлся истинным примером благородного поведения для своих подчинённых. «Мы просим Ваше превосходительство, — говорилось в письме, — принять наши чувства искреннего уважения и признательности за благодеяния, оказанные нашему городу».
После возвращения в Россию Воронцов получил в командование 3-й пехотный корпус и совместно с Н. И. Тургеневым разрабатывал планы создания дворянского общества с целью постепенного освобождения крестьян от крепостной зависимости. Записка о необходимости этого была подана Александру I.
Это вызвало охлаждение царя к Воронцову и сильно задело его, что нашло отражение в частной переписке истинных доброжелателей Михаила Семёновича. «Кому же служить можно, если не служить графу Воронцову? — возмущался Н. Н. Раевский. — Его воспитание, его счастливые способности всегда уважаемы будут достойно, и, конечно, никто затмить его не в состоянии».
С этим был согласен и А. П. Ермолов, писавший в феврале 1819 года дежурному генералу Главного штаба А. А. Закревскому: «Надобно беречь подобных ему людей: у вас нет таковых излишних! Не по дружбе к нему, но по самой справедливости оцените его и, без сомнения, найдёте, что люди с его достоинствами редки. Прибавьте и ту выгоду, что он молод и государство долго может пользоваться его услугами. Во всём свете люди на высокие ступени по большей части восходят поздно, тем лучше, что человек способный может достигнуть их в молодости».