Михаил участвовал в Отечественной войне 1812 года, получил ранение при Бородино, бывал и в заграничных походах русской армии 1813–1814 годов.
С 1827 года Муравьев-Виленский становится витебским вице-губернатором, с 1828 года – могилевским губернатором, а в 1831 году – гродненским губернатором. Во время восстания 13 мая 1863 года он был назначен главным начальником Северо-Западного края.