По возвращении в Россию Барклай был назначен главнокомандующим 1-й армией, расквартированной в Польше. Весной 1815 г. Наполеон триумфально вернулся к власти. Барклай снова повел армию в Западную Европу, вступив в июне 1815 г. в пределы Франции, но не успел принять участия в больших сражениях из-за катастрофы Наполеона под Ватерлоо еще до прибытия русских войск. Продолжив поход, в июне вторично вошел в Париж. 30 августа 1815 г. Михаил Богданович блестяще провел трехдневный смотр-парад для союзников под Вертю, где русские войска (150 тыс. человек при 540 орудиях) поразили всех своей выправкой и слаженностью действий. Ермолов восхищенно констатировал: «Состояние наших войск удивительное. Здесь войска всей Европы, и нет подобного Российскому солдату».
А победитель Бонапарта при Ватерлоо герцог А. Веллингтон заявил, что не способен представить, как можно «довести армию до столь высокого совершенства». Очень довольный произведенным впечатлением, Александр I в последний день парада и в день своих именин – 30 августа 1815 г. – возвел фельдмаршала Барклая в княжеское достоинство. Тогда и от союзников на новоиспеченного князя пролился дождь из наград и орденов.
Последние годы жизни Барклай-де-Толли занимался боевой подготовкой вверенных ему армейских подразделений, которые составляли большую часть полевых соединений России. Выступал против создания Аракчеевым военных поселений. Предлагал отслуживших срок солдат наделять землей и зачислять в вольные хлебопашцы.
В начале 1818 г. уже давно больной Барклай испросил позволения отправиться в Германию для лечения на минеральных водах, но, не доехав до места, скончался 14 мая в возрасте 57 лет на мызе Штилитцен (ныне поселок Нагорное Калининградской области) в шести верстах от города Инстербурга (ныне Черняховск).
30 мая его тело было доставлено в Ригу, где состоялась торжественная траурная церемония. Во дворе кирхи Св. Якоба произошло отпевание и отдание воинских почестей – в присутствии священнослужителей всех конфессий и гражданской администрации города, а также военного гарнизона под командованием генерала И. Ф. Паскевича.
Прусский король Фридрих Вильгельм III выслал в Штилитцен почетный караул, который сопровождал траурный кортеж до самой русской границы. Сердце Барклая-де-Толли было похоронено на небольшом возвышении в 300 метрах от мызы Штилитцен, а набальзамированный прах доставлен в фамильное имение Бекгоф в Лифляндии и захоронен в семейной усыпальнице рядом с прахом ранее умершего сына. Его имя получил 4-й гренадерский Несвижский полк.
В боевой обстановке Барклая-де-Толли отличало необычное хладнокровие, которое даже вошло в солдатскую поговорку: «Погляди на Барклая, и страх не берет». О невозмутимом спокойствии Барклая один из современников писал так: «Если бы вся вселенная сокрушилась и грозила подавить его своим падением, то он взирал бы без всякого содрогания на сокрушение мира».