В 1817–1819 годах Михаил Павлович совершил большое путешествие по России и Западной Европе, которым традиционно завершалось домашнее образование молодых великих князей.
Руководил этим путешествием талантливый генерал-лейтенант И. Ф. Паскевич, который навсегда остался для Михаила Павловича образцом военного человека. Наблюдательный Паскевич отмечал в своем дневнике, что Михаила Павловича в путешествии «занимали только выправки и красота фронта». Возвратившись в Санкт-Петербург, Михаил Павлович занял должность генерал-фельдцейхмейстера номинально и стал командиром 1-й бригады 1-й гвардейской пехотной дивизии. По его докладу царю в 1820 году созданы Артиллерийское училище и Санкт-Петербургская артиллерийская учебная бригада. Чуть позже, также по его инициативе, учреждены батарейные и дивизионные артиллерийские школы, а в 1821 году создана Артиллерийская техническая школа.
В это же время проходили приготовления к свадьбе Михаила Павловича и его знакомство со своей невестой.
Приехав в Санкт-Петербург, принцесса Фредерика увидела перед собой служаку и блюстителя строжайшей дисциплины, понимаемой крайне узко, мелко и формально, и, с другой стороны, человека доброго, ироничного и хорошо образованного. Его суровость, утверждают многие современники, была напускной, всегда хмурый взгляд – неискренним, но его боялись и считали неумолимым служакой.
Когда началось междуцарствие, Михаил Павлович сновал между Варшавой, где был Константин, и Санкт-Петербургом, где находился Николай. Он возил письма от одного брата к другому с отказами от престола и текстами присяги. Когда все оказалось на своих местах, наступило 14 декабря, и Михаил Павлович командовал частью верных Николаю войск и гвардейской артиллерией, которая сыграла важную роль в разгроме мятежа.
Затем он был членом следственной комиссии по делу декабристов, а после этого стал членом Государственного Совета.
В дни коронации Николая манифестом от 22 августа 1826 года в случае внезапной смерти императора он был назначен до совершеннолетия сына Николая – Александра – наследником престола и правителем государства.
8 ноября 1826 года Михаил Павлович в день своего тезоименитства был назначен командующим гвардейским корпусом. Он давно мечтал об этом и, вступив в командование, сразу же закусил удила – стал разносить всех подряд, оскорблять офицеров и тиранить их мелочными придирками. Понадобилось вмешательство Бенкендорфа, графа Кочубея, генерала Васильчикова, независимо друг от друга доложивших Николаю о положении дел, понадобился, наконец, выговор, сделанный самим царем, чтобы Михаил чуть поостыл и стал помягче и поделикатнее. Следует заметить, что поначалу все это пошло Михаилу на пользу и он вроде бы переменился в лучшую сторону, но потом вновь взялся за прежнее.