В марте 1942 года призван в Красную Армию Котовским райвоенкоматом. С июня 1942 года участвовал в боях с захватчиками на Юго-Западном фронте. Был дважды ранен, но всегда возвращался в строй. К осени 1943 года красноармеец Поляков был в расчёте ПТР 453-го стрелкового полка 75-й стрелковой дивизии.

29 сентября 1943 года в бою в районе села Новооленовка (Запорожский район, Запорожская область) красноармеец Поляков, находясь в боевых порядках пехоты, огнём из ПТР подавил несколько пулемётных точек. Первым поднялся в атаку, увлекая товарищей, в рукопашном бою уничтожил 10 гитлеровцев. Вечером того же дня, при отражении контратаки противника, поддержанной танками и самоходными орудиями, уничтожил два танка и около тридцати гитлеровцев. При отражении следующей атаки подбил ещё два танка. В критический момент боя, когда кончились патроны, бросился навстречу немецкому танку со связкой гранат и подорвал его, но и сам погиб. Подвиг Михаила Полякова обеспечил успех подразделения и в значительной мере полка.

За этот бой был представлен к награждению орденом Отечественной войны 1-й степени (награждён приказом командира 33-го стрелкового корпуса) и к присвоению звания Героя Советского Союза. В представлении к награждению была дана такая оценка его подвига: «Товарищ Поляков пожертвовал собой, спас жизни многих бойцов и офицеров, воодушевил их и весь личный состав на боевые подвиги, на стойкость, упорство, мужество, отвагу и уверенность удержать свой рубеж».