В 1917 году после ранения попал в саратовский госпиталь. В декабре 1917 года стал командиром 138 запасного пехотного полка, а в 1918 году был назначен Комиссаром внутренних дел по Николаевскому уезду. Командовал красногвардейским отрядом, который подавлял кулацкие мятежи в этом уезде.
С ноября 1918 года по январь 1919 года Чапаев проходил обучение в Академии генерального штаба РККА, а затем был отправлен на фронт. В апреле принял под своё командование 25 стрелковую дивизию, которая сыграла важную роль при проведении контрнаступления Красной армии против колчаковских войск. За проявленное мужество Чапаев был награжден орденом Красного Знамени. Летом 1919 года дивизия, которой командовал Чапаев, была передислоцирована в осажденный войсками белоказачества город Уральск.
Чапаев погиб 5 сентября 1919 года при неожиданном нападении казаков на хорошо охраняемый и находившийся в глубоком тылу город Лбищенск, где находился штаб 25-й дивизии. Обстоятельства гибели комдива не вполне ясны. Согласно данным проведенного по горячим следам расследования, раненый Чапаев утонул, пытаясь переплыть реку Урал. Эта версия была принята как официальная и стала широко известной благодаря фильму «Чапаев», снятому братьями Васильевыми.
