5 декабря 1919 года М.В. Омельянович-Павленко был назначен командующим действующей армией УНР. Возглавлял армию во время «Зимнего похода» по тылам красных и белых войск. Всего под его командованием находились 6400 штыков и сабель, 14 орудий, 144 пулемета. Армия прошла с боями 2500 км за 180 дней. 6 мая 1920 года она прорвала фронт в районе Ямполя и присоединилась к 3-й Украинской железной дивизии, воевавшей в составе 6-й польской армии против Красной армии во время начавшейся к тому времени советско-польской войны. За успешное руководство войсками в «Зимнем походе» произведён в генерал-поручики.
М.В. Омельянович-Павленко продолжал (до 11 июля 1921 года) командовать армией УНР и после её интернирования в ноябре 1920 года польскими властями, одновременно с 10 февраля по 11 июля 1921 года являясь и военным министром правительства УНР, находившегося на территории Польши. В 1921 году вступил с конфликт с главным атаманом С. Петлюрой, что привело к отставке Омельяновича-Павленко со всех постов. Затем жил в эмиграции в Чехословакии, где возглавлял «Союз украинских ветеранских организаций». Во время Второй мировой войны стал главой (гетманом) украинского вольного казачества (1942), занимался формированием украинских военных частей на германской службе. После окончания войны вначале жил в Германии, с 1950 года — во Франции, где и умер в 1952 году. Автор мемуаров.
6 декабря на совещании членов правительства с командованием в Новой Чертории было окончательно решено осуществить армией партизанский рейд по тылам Деникина. В соответствии с этим решением в тот же день 5-тысячная армия в составе конницы и посаженной на повозки пехоты выступила в поход. Прорвав фронт противника между Козятином и Калиновкой, украинские войска быстрым маршем двинулись на юго-восток, 24 декабря захватили Винницу, а 31 декабря вошли в Умань. Поход армии УНР завершился только 6 мая 1920 года.
11 марта 1920 года в Варшаве возобновились украинско-польские переговоры, которые начались еще в конце 1919 года. 21 апреля был подписан договор между УНР и Польшей, по которому Польша признавала независимость Украины, обязывалась не заключать никаких соглашений с третьими странами, враждебными Украине, признавала за УНР право на территорию восточнее от границ Речи Посполитой 1772 года. Таким образом, УНР за признание независимости пришлось заплатить ценой территориальных уступок, так как к Польше отходили Восточная Галиция, Холмщина, Подляшье, частично Полесье и семь поветов Волыни.
25 апреля 1920 года объединенные вооруженные силы Польши и УНР перешли в наступление на Красную армию и 6 мая польско-украинские войска овладели Киевом. 26 мая было сформировано новое правительство УНР во главе с В. Прокоповичем.
Но на фронте борьба к тому времени перешла в позиционное русло. Поляки, добравшись до границ 1772 года, не хотели продолжать наступление, а сама армия УНР для этого не имела достаточных сил. Ее общая численность едва достигла 20 тысяч бойцов, а оружия и снаряжения хватало только для половины из них.
В начале июня 1920 года советское командование перегруппировало и укрепило свои силы на Украине, передислоцировав туда с Кавказа Первую конную армию С.М. Буденного. 13 советские войска перешли в наступление и прорвали фронт 1-й польской армии, после чего армия УНР начала отступление.
Однако и наступление советских войск оказалось недостаточно подготовленным. В сентябре польско-украинские войска перешли в контрнаступление. В середине месяца форсировав Днестр, они овладели территорией между Днестром и Збручем, 19 сентября захватили Тернополь, а 27 сентября — Проскуров.
Но удар УНР получила с неожиданной стороны. 12 октября в Риге между польской и советской сторонами была достигнута договоренность о перемирии. Тем самым Польша нарушила Варшавский договор, и 21 октября армия УНР была интернирована польскими войсками. После этого 18 марта 1921 года в Риге был подписан мирный договор между Польшей, с одной стороны, РСФСР и УССР — с другой. По этому договору Польша в обмен на территориальные уступки, аналогичные тем, которые имели место в Варшавском соглашении, признавала УССР. Но после заключения мирного договора между РСФСР и Польшей, Петлюра отвел свои войска за реку Збруч, где они были интернированы поляками.
В 1920–1921 годах на Украине действовали многочисленные повстанческие отряды. Кроме махновской армии, крупнейшими были части во главе с Ю. Мордалевичем и И. Струком, действовавшие на Киевщине, части во главе с атаманом Блакитным (К. Пестушко), действовавшие в Центральной и Южной Украине, а также части во главе с атаманом В. Чучупаком, действовавшие в лесах Холодного Яра на Черкащине.
В конце октября — ноябре 1921 года войска УНР совершили рейд по Правобережью с целью координации повстанческих действий, поднятия антибольшевистского восстания. Однако к осени 1921 года большевики ответными мерами подорвали силы этого повстанческого движения.
