войне 1853—1855 гг.. Под командованием адмирала Нахимова он участвовал в защите Малахова кургана, где получил орден и золотое оружие «За отличие, храбрость и примерное мужество при героической защите Севастополя и за отбитие штурма 27 августа 1855 года».
Он последним покинул Севастополь после его падения.
Позже служил в Оренбургском крае и на Кавказе. Когда возник план соединения Оренбургской и Сибирской линий крепостей и тем самым взятия под контроль всего юга Казахстана, вспомнили о доблестном полковнике М. Черняеве.
Уже в марте 1864 года при подготовке похода в Чуйскую долину он был назначен командующим экспедиционным отрядом. Начиная поход из Верного с 1,5 тысячами солдат, М. Черняев комендантам всех устраиваемых постов и укреплений предписывал «строго следить, чтобы остающиеся войска не делали никаких обид и притеснений жителям городов, а так же и близ кочующим киргизам.».
В составе отряда была и научная экспедиция, руководимая Н. Северцовым. В ней участвовали Чокан Валиханов, художник М. Знаменский.
Крепость Пишпек штурмом брать не пришлось, так как ее защитники при приближении русских разбежались.
Еще в 1862 году при штурме города Г. Колпаковским вместе с гарнизоном там сдались всего 82 жителя. Так что вопрос о грабеже города сразу отпадает. Грабить и убивать было практически некого.
Военные действия пришлось вести только начиная с Аулие-Аты (Тараза), однако путь к нему лежал через населенный пункт Мерке, жители которого, узнав, что приближаются русские, убежали в Аулие-Ату, бросив все. Брошенное имущество было взято под охрану солдат и сохранено, а позже возвращено.
Военная тактика требовала преследовать отступающего противника, не давая ему укрепиться в крепости Аулие-Ата. Однако Черняев приказал остановиться в Мерке, где отряд пробыл 4 дня. Он организовывает примирительную встречу казахских биев и влиятельных киргизских манапов для решения спорных вопросов по барымте. Решение суда биев удовлетворили обе стороны, что привело к установлению мирных отношений в Чуйской долине. В этих переговорах, кстати, участвовал и Чокан Валиханов, за что был отмечен в рапорте Черняева командованию. Отступление от военной тактики привело, таким образом, к решению стратегической задачи, повышению авторитета России и закрепления русских в крае.
Крепость Аулие-Ата была взята штурмом 4 июня 1864 года лишь после отказа коменданта сдаться. Парламентером о сдаче крепости был Чокан Валиханов, он же участвовал в штурме, за что был повышен в звании. Соответствующий приказ был подписан М. Черняевым.
Однако крови защитников крепости, как и нападавших, пролилась, увы, изрядно. Возможно здесь и кроется причина отъезда Валиханова из действующей армии. Вот как описывает эти события участник похода Г. Сярковский, командир одного из штурмовых отрядов: «Потери же кокандцев весьма значительна: отрядные врачи Мациевский и Левицкий несколько дней