В 1703–1705 годы Голицын участвовал во взятии Ниеншанца, Нарвы, Митавы. В 1706 году он был произведен в генерал-майоры и назначен дивизионным начальником над лейб-гвардии Семеновским, пехотными Ингерманландским, Вятским и Черниговским полками, с которыми вел боевые действия в Польше; в следующем году под его начало был отдан и лейб-гвардии Преображенский полк. В августе 1708 года. Голицын одержал победу над шведами при селе Добром: ранним утром, после скрытного ночного перехода, князь во главе восьми батальонов атаковал корпус генерала Росса, отдалившийся от главных сил Карла XII. В длившемся всего два часа бою шведы потеряли около трех тысяч человек. Петр I писал: «Я, как почал служить, такова огня и порядочного действа от наших солдат не слыхал и не видал». За эту победу Голицын был удостоен ордена Святого Андрея Первозванного.
В сентябре 1708 года Михаил Михайлович принял блистательное участие в разгроме корпуса шведского генерала Левенгаупта у деревни Лесной. Свидетель храбрости князя, Петр пожаловал его чином генерал-поручика и предоставил Голицыну право просить, чего только тот пожелает. «Прийми в прежнюю милость Репнина», – сказал он, считая, что князь Никита Иванович Репнин, разжалованный царем в солдаты за неудачу в Головчинском сражении, достоин быть генералом. Петра, знавшего о неприязненных отношениях между Репниным и Голицыным, эта просьба удивила, но Дмитрий Михайлович пояснил: «Что значит вражда личная между нами, когда отечество и ты, государь, нуждаетесь полезными людьми?» Ходатайство его было удовлетворено Петром, а бывшие недруги помирились.
В ходе Полтавской битвы (1709) Голицын командовал всей гвардией и умело руководил ее действиями. Перед сражением Петр обратился к русской армии, призывая ее к победе во имя Отечества, и Михаил Михайлович от имени гвардии выразил готовность сражаться так же славно, как и под Лесной. После разгрома шведов он первый настиг остатки шведской армии под Переволочною и вместе с Меншиковым заставил их сложить оружие.
Во время триумфального въезда в Москву вслед за трубачами и литаврщиками двигался отличившийся под Лесной батальон Семеновского полка, который вел князь Голицын. «Полтавскую часть» шествия возглавлял Преображенский полк.
В 1710 году Голицын был направлен под Выборг, на север, и содействовал в его взятии генерал-адмиралу Ф. Апраксину. Затем он защищал Украину от крымских татар и усмирял бунтовавших запорожских казаков. В 1711 году князь Михаил Михайлович вместе с Петром участвовал в Прутском походе против турок, проявив желание сражаться даже тогда, когда стала уже неизбежной неудача похода.
