Девятого января 1905 года он был среди тех, кто пошел к Зимнему дворцу, чтобы вручить императору Николаю II петицию с перечнем требований столичных рабочих. Шествие было мирным. Но, как всегда, нашлось некоторое количество буйных. Полицейское начальство испугалось — вдруг толпа прорвется во дворец! Стоявшие в оцеплении солдаты получили приказ стрелять. Фрунзе был легко ранен в руку, но ареста избежал — сумел скрыться.
Он сообщал старому товарищу: «События, совершающиеся сейчас, настолько поражают своей грандиозностью и в то же время сопровождаются такими ужасами, что, право, не хочется и писать о них… Все высшие учебные заведения закрыты, в том числе и наш институт; он закрылся даже раньше всех; без хвастовства могу сказать, что Петербургский политехникум всё время шел во главе движения…»
Он утратил всякий интерес к учебе. Он жаждал не аудиторных занятий, а действий.
Двенадцатого февраля 1905 года написал прошение: «Представляя при сем свидетельство на жительство и лекционный билет, покорнейше прошу уволить меня в отпуск в г. Верный Семиреченской области по 1 сентября 1905 года».
В реальности Фрунзе уехал сначала в Москву, а оттуда отправился в Иваново-Вознесенск, где участвовал в длительной стачке текстильщиков. Забастовщикам удалось добиться успеха — часть их требований удовлетворили. Здесь Михаил познакомился с большевиком Андреем Сергеевичем Бубновым, который со временем станет в Реввоенсовете СССР начальником Политического управления. Фрунзе избрали в Иваново-Вознесенский комитет РСДРП. Он взял себе псевдоним «Арсений». Как человек образованный писал большевистские прокламации.
В институте о его бурной подпольной деятельности ничего не знали. Он, как все студенты, получил извещение: «Учебные занятия в текущем году начнутся 5 сентября, а общежитие для студентов откроется 3 сентября». Но на занятия не приехал. И ничего о себе не сообщил. Не дождавшись возвращения студента-второкурсника, его автоматически отчислили.
Двадцать девятого октября 1905 года Фрунзе арестовали в Иваново-Вознесенске. Его схватили прямо на улице. При обыске нашли маузер и патроны к нему. Он утверждал, что оружие нашел на улице, а носил его с собой для самообороны в неспокойное время. У полиции ничего на Фрунзе не было. Власти отнеслись к молодому человеку на редкость снисходительно. Фрунзе просидел в тюрьме две недели. Его выпустили с обязательством переехать в Казань и оттуда не отлучаться.
Полиции было не до него. В департаменте полиции скапливалось огромное количество разнообразных сведений, немалая часть которых была плохо проверенной или даже ложной.