Jednocześnie od 1924 roku był zastępcą członka Biura Politycznego KC Rosyjskiej Komunistycznej Partii (bolszewików) (RKP(b)).

Zmarł w trakcie operacji wrzodu żołądka, z powodu zastosowania typu narkozy, na który był uczulony. Frunze nie chciał poddać się operacji, został do niej zmuszony postanowieniem Biura Politycznego KC RKP(b). Od początku podejrzewano, że operacja mogła mieć charakter skrytobójstwa. Taką sugestię przedstawił pisarz Borys Pilniak w opowiadaniu Opowieść niezgaszonego księżyca opublikowanym już w 1926 roku, podobnie uważał ówczesny sekretarz Biura Politycznego Boris BażanowBoris Bażanow: Byłem sekretarzem Stalina, Warszawa 1985, Niezależna Oficyna Wydawnicza "NOWA", s. 84–86.. Wkrótce zaczęto o nią podejrzewać Stalina. Mimo braku istnienia bezpośredniego dowodu na umyślne spowodowanie śmierci Frunzego przez lekarzy wątpliwości budzi fakt, że zastosowana przy operacji dawka chloroformu siedmiokrotnie przekraczała zwykle stosowaną w celu wywołania narkozy. Śmierć Frunzego umożliwiła wprowadzenie przez Stalina na stanowisko głównodowodzącego swego zausznika Klimenta Woroszyłowa.

W czasach ZSRR imię Frunzego nosiło wiele miast i instytucji, m.in.