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自此以后，伏龙芝历任军职。1924年3月被任命为苏联革命军事委员会副主席，陆海军副人民委员，并兼工农红军总参谋长，军事学院院长(后该军事学院以他名字命名，即伏龙芝军事学院)。1925年1月，任苏联革命军事委员会主席、陆军、海军人民委员。

== 去世 ==

伏龙芝患有胃溃疡，经过食疗后在1925年秋天基本没有复发过，但是医生的两次会诊都认为他应该手术。他认为不用手术，但是斯大林坚持让他去做手术，说这可以"一劳永逸"地摆脱胃溃疡。手术开始后医生果然发现没有必要手术，因为没有发现任何溃疡。但是由于伏龙芝的心脏承受不了因麻醉效果不好而增加一倍的氯仿的剂量(当时已有更好的药乙醚但没有给他使用)，他在手术30个小时后死于心脏麻痹。

当时斯大林正进行反托洛茨基反对派的斗争，而伏龙芝接替了托洛茨基的军队职务。伏龙芝死后，接替他被任命为陆海军人民委员的是忠于斯大林的人伏罗希洛夫。