После прихода у власти большевиков, Врангель уехал с семьей в Ялту, где проживал как частное лицо до весны 1918 года. Был арестован Севастопольской ЧК, но вскоре освобожден и до прихода немцев скрывался в татарских селах. После изгнания большевиков решает вновь поступить на военную службу и отправляется в Киев, где его бывший начальник Павел Скоропадский провозглашен Гетманом Украины. Но в Киеве Врангель пробыл недолго. Убедившись в слабости политического положения Гетмана, он в августе 1918 года уезжает в Екатеринодар, где вступает в Добровольческую армию. Поскольку Врангель имел отличную репутацию в военных кругах, Деникин под его начало дал 1-ю конную дивизию. Как вспоминал позже один из добровольцев – «Услуги, которые Врангель оказал армии, оправдали ожидания. С самого начала он показал себя выдающимся кавалерийским начальником». В октябре начались бои за Армавир и Ставрополь, а к концу 1918 года весь Северный Кавказ контролировался Добровольческой армией. 11-я советская армия была разбита, а ее остатки отошли к Астрахани. За умелое командование, Врангель получил звание генерал-лейтенанта и получил под свое начало 1-й конный корпус.
В январе 1919 года после реорганизации Добрармии, Врангель стал командующим Кавказской Добровольческой армией, а в феврале Кубанская Рада наградила его Орденом Спасения Кубани 1-й степени. Тогда же Врангель едва не умер от сыпного тифа, но вскоре оправился и в мае принял командование Кубанской армией. Благодаря его умелому руководству, в июне был взят штурмом сильно укрепленный Царицын. Прибывший туда Деникин, в состоянии эйфории издает «Московскую директиву», в которой обозначил Москву, как главное направление удара. По мнению Врангеля, этот приказ «являлся смертным приговором войскам Юга России», поскольку перед походом на Москву следовало сначала укрепиться на рубеже Екатеринослав—Царицын и создать в районе Харькова крупную конную группу как резерв для наступления. А самое главное, направить главный удар в районе Волги, для соединения с Колчаком, после чего, объединенные белые армии могли бы с удвоенной силой ударить на красных. Деникин не внял аргументам Врангеля, что вызвало открытую конфронтацию между ними, которая усугублялась принадлежностью каждого из них к различным социальным группам. Сын крепостного крестьянина и представитель баронского рода питали неприязнь друг к другу на глубинном уровне. После разгрома Добрармии, Врангель в феврале 1920 года уволен в отставку и уехал в Стамбул, но в апреле после отставки уже Деникина, вернулся в Крым и вступил в должность главнокомандующего ВСЮР. В течение следующих шести месяцев он изо всех сил пытался найти союзников Белому делу. Было подписано соглашение об автономии Дона, Кубани, Терека и Астрахани и признана независимость горской федерации Северного Кавказа. Заключен военный союз с армией Директории УНР и делались неудачные попытки привлечь на свою сторону махновцев. Для создания новой социальной базы была проведена земельная реформа в интересах зажиточного и среднего крестьянства. Но все эти меры были приняты слишком поздно, а силы Врангеля в борьбе с большевизмом были неравны.
После прорыва Перекопской линии Красной Армией, 29 октября 1920 года был издан приказ об эвакуации. 3 ноября эскадра из 126 судов вышла в открытое море и направилась к турецким берегам, а всего Крым покинули около 145 тыс. человек. Более двух лет остатки Белой армии находились в военном лагере в Галиполли, после чего поселились в Болгарии и Сербии, согласившихся принять их. Сам Врангель со своей семьей и штабом переехал в Белград, где создал Русский общевоинский союз, объединивший участников Белого движения в эмиграции. В 1927 году он переехал в Брюссель, где устроился работать инженером в одной из фирм, но 25 апреля 1928 года внезапно умер от туберкулеза. Есть предположение, что он был отравлен агентом НКВД. 6 октября 1929 года прах Врангеля был перезахоронен в русской церкви Святой Троицы Белграда. 14 сентября 2007 года в сербском