W Armii Czerwonej Służył w Armii Czerwonej od sierpnia 1918 r. W roku następnym został szefem sztabu 3 Armii, następnie od marca do sierpnia tego roku był jej dowódcą. Na czele 3 Armii walczył na froncie syberyjskim przeciwko białym adm. Aleksandra Kołczaka. Na początku marca 1919 r. dowodzona przez niego armia poniosła klęskę w starciu z białą Armią Syberyjską gen. Gajdy i została zmuszona do wycofania się 150 km na zachód po linii kolejowej Perm-Wiatka (sam Perm został zdobyty przez białych jeszcze w grudniu poprzedniego roku). Następnie 3 Armia pod dowództwem Mieżeninowa brała udział w udanej kontrofensywie czerwonych i w kolejnych udanych operacjach ofensywnych czerwonych na Uralu i Syberii, odbijając z rąk białych Perm (1 lipca 1919 r.E. Mawdsley, Wojna..., s. 191-192.) i Jekaterynburg (15 lipca 1919 r.). Do połowy sierpnia 1919 r. siły Kołczaka zostały odrzucone daleko za Ural, od linii Kamy i Biełej na linię Tobołu. Od września 1919 r. do czerwca 1920 r. Mieżeninow dowodził 12 Armią. Dowodzone przez niego siły w grudniu 1919 r. , zaś w lutym 1920 r. brały udział w operacji zdobycia Odessy.
Między październikiem a grudniem 1920 r. był natomiast głównodowodzącym 15 Armii.