Пятого октября бригада Котовского сосредоточилась в районе Хмельника, где вела бои против петлюровцев, пытавшихся прорваться к Виннице.
Поражение Красной армии в Советско-польской войне побудило державы Антанты юридически урегулировать проблему Бессарабии. 28 октября 1920 года, вскоре после советско-польского перемирия, когда стало окончательно ясно, что поход Красной армии в Европу провалился, Англия, Франция, Италия и Япония подписали соглашение с Румынией о признании вхождения Бессарабии в состав Румынского королевства. Япония в дальнейшем это соглашение не ратифицировала.
Подводя итоги боевой деятельности Котовского на Польском фронте, следует сказать, что утверждение Романа Гуля о том, что «полная слава красного маршала пришла к Котовскому летом 1920 года, когда в ответ на наступление Пилсудского на Россию красные войска под командой Тухачевского пошли на Варшаву», выглядит большим преувеличением. Котовский вовсе не был «вторым вождем красной конницы», как заявлял Гуль. Если первым вождем красной конницы считать Буденного, то вторым, несомненно, был командир действовавшего на Западном фронте 3-го кавалерийского корпуса Г. Д. Гай. И на роль первого вождя, то есть командующего Первой конной армией, Котовского не выдвинули не потому, что большевики не доверяли «дворянину-анархисту», как писал Гуль. Если бы не доверяли, то и бригады не доверили бы. Просто вряд ли начдивы и комбриги Первой конной стали бы подчиняться не своему давнему вождю Буденному, а бывшему бессарабскому разбойнику, ни с Доном, ни с Кубанью, ни со Ставропольем, откуда были основные кадры Первой конной, никак не связанному. К тому же бригада Котовского по численности была отнюдь не бригадой. В царской армии, где в эскадроне было около двухсот сабель, а в кавполку — 1200, бригаду Котовского в лучшем случае можно было назвать дивизионом из двух с половиной эскадронов. Котовский был типичным полевым командиром и хорошо мог командовать только такой бригадой-дивизионом, где он знал лично всех бойцов и командиров. Крупными же кавалерийскими соединениями в Гражданскую войну он никогда не командовал и вряд ли смог бы успешно делать это в боевой обстановке, принимая во внимание отсутствие военного образования и опыта. В этом, как мы помним, он честно признавался в одном из донесений. Зато Гуль был прав, когда отмечал: «Котовский любил кавбригаду, как огородник любит свой огород, как охотник любит своих борзых и гончих. Самолично подбирал командиров, сам среди пленных разыскивал отменных рубак. Не спрашивал „како веруеши“, в кавбригаде вместе с прошедшими всю войну красными партизанами смешались белые казаки-деникинцы, шкуринцы, военнопленные мадьяры, немцы, неведомые беглые поляки и чехи.
Подбор вышел хорош. Недаром котовцы даже не называли себя красноармейцами. Это оскорбление.
— Не красноармейцы мы, а котовцы.
— Какие мы коммунисты, коммунисты — сволочь, мы — большевики.
И были здесь чистокровные „национал-большевики“, те, что плавали 300 лет назад на челнах Степана Разина».
Что касается пленных казаков-деникинцев, кубанских казаков, прежде служивших у белого генерала Шкуро, равно как и венгров, немцев, поляков и чехов, то Гуль это просто придумал. С корпусом Шкуро Котовский никогда не сражался, и пленные из этого корпуса никак не могли попасть к Котовскому. Слухи о венграх, очевидно, были вызваны в свое время предполагаемым участием бригады Котовского в походе на помощь красной Венгрии весной 1919 года, когда короткое время комиссаром бригады был венгерский революционер Тибор Самуэли (тогда в состав бригады Котовского входил полк Мишки Япончика), но о других венграх в бригаде ничего не известно. Немцем, вероятно, был Михаил Ульрих, хотя мы не знаем, был ли он выходцем из православной или из лютеранской семьи. Возможно, за немцев принимали некоторых евреев с немецкими фамилиями, служивших в бригаде, например, того же эскадронного Вальдмана. Однако в сколько-нибудь значительном количестве немцы-колонисты Бессарабии и юга Украины в бригаде Котовского не служили. Возможно, там было несколько поляков и чехов из Бессарабии, но даже этот факт трудно подтвердить документально. А вот в том, что бригада была одной семьей, Гуль, безусловно, прав. Он же первым назвал Котовского в печати национал-большевиком. Однако Григорий Иванович, хотя и состоял в ВКП(б), вряд ли был знаком с трудами Маркса, Энгельса и Ленина. И вообще, идеологическая составляющая играла в его жизни далеко не главную роль.
После заключения перемирия с Польшей армия петлюровской Украинской Народной Республики попыталась совершить поход на Киев, но была легко разбита советскими войсками. Петлюровцы вместе с союзниками — Отдельной российской армией генерала Перемыкина, ранее подчинявшейся Врангелю, — насчитывали до двадцати тысяч штыков и сабель, не считая еще примерно десяти тысяч только что мобилизованных и небоеспособных крестьян Подолии. Противостоявшие им советские войска насчитывали до двадцати шести тысяч штыков и до семи тысяч сабель. После заключения перемирия поляки больше не снабжали украинскую армию боеприпасами. В условиях, когда на винтовку приходилось всего 10–20 патронов, наступление Петлюры на Украину было чистой воды авантюрой. Красные, узнав о готовящемся наступлении петлюровцев, назначенном на 11 ноября, решили предупредить его. 10 ноября 8-я дивизия червонного казачества прорвала фронт украинской армии у Шаргорода и двинулась на Могилев-Подольский. Петлюра тем не менее 11 ноября начал запланированное наступление, в ходе которого надеялся освободить всю Украину от большевиков. Петлюровцам удалось захватить городок Литин в 20 километрах от Винницы. Но путь к Виннице преградила 17-я кавдивизия, отбросившая противника к Проскурову. Не удалось петлюровцам захватить и Жмеринку, чтобы прервать железнодорожное сообщение между Киевом и Одессой.
В ночь с 17 на 18 ноября бригада Котовского взяла Проскуров, вынудив петлюровцев к отступлению. Она захватила большие трофеи, включая два бронепоезда, восемь орудий, более 120 пулеметов. Правительство Петлюры вынуждено было спешно эвакуироваться в пограничный Волочиск на Збруче. В тот же день головной атаман отдал приказ своим войскам отходить за Збруч, на польскую территорию. Котовцы заняли Волочиск и преследовали врага до самого Збруча. В боях за Проскуров при разрыве орудия был смертельно ранен командир батареи отдельной кавбригады Михаил Васильевич Просвирин, бывший фейерверкер царской артиллерии, родом из Пензы, один из ближайших соратников комбрига. В артбатарее у Котовского было много русских, тогда как в конных полках преобладали молдаване и украинцы.
За последние бои против Петлюры кавбригада получила Почетное революционное Красное знамя, а комбриг — второй орден Красного Знамени. В приказе Реввоенсовета Республики № 209 о награждении Котовского было сказано: «Он лихим налетом захватил г. Волочиск и своими энергичными действиями в высшей степени способствовал достижению блестящих успехов в деле полного разгрома противника».
В письме жене Котовский так описал последние бои с Петлюрой: «…близится час, когда мы будем снова вместе. Судьба хочет, чтобы я сохранился и в этих жестоких последних боях, где я несколько раз был на волосок от гибели. Что же, может быть, моя безграничная любовь к тебе спасает, охраняет… Противник разгромлен по всему фронту блестяще. Бригада Котовского захватила у противника 11 орудий, до 60 пулеметов, 800 пленных, разгромила 8 киевскую дивизию, отдельную конную дивизию, значительную часть лучшей кавалерии кавотряда Фролова… Противник, после нанесенных ему страшных ударов, в панике разбегается и бежит дальше, бросая обозы, и части пехоты трех дивизий идут теперь без боя. Наша кавбригада двинула и двигает по фронту три пехотных дивизии. Когда мы были 12-го окружены, кругом отрезаны, и противник уже подъехал ко мне и предложил нам сдаться, — он в ответ на это был в бешеной схватке опрокинут, разбит и обращен в паническое бегство».