Po zakończeniu wojny domowej w Rosji był szefem sztabu i dowódcą Orłowskiego Okręgu Wojskowego, a następnie od grudnia 1921 r. do listopada 1924 r. – szefem sztabu i I zastępcą dowódcy radzieckich sił powietrznych. Od 1924 r. do 1925 r. był szefem sztabu ukraińskiego okręgu wojskowego. Od 1925 do 1931 r. ponownie był zastępcą głównodowodzącego sił powietrznych. Od 1934 r. był członkiem rady wojskowej przy komisariacie obrony ZSRR, zaś od 1933 do 1937 r. – zastępcą szefa sztabu Armii Czerwonej. W 1935 r. otrzymał stopień komkora. Rok później otrzymał status kandydata na członka WKP (b).
Aresztowanie i śmierć Na początku czerwca 1937 r. został oskarżony o niedopełnienie obowiązków służbowych. 10 czerwca usiłował popełnić samobójstwo, pozostawiając list pożegnalny, w którym, deklarując, iż był uczciwym dowódcą, przyznawał się do zagubienia pewnych dokumentówP. Wieczorkiewicz, Łańcuch..., s. 97.. Ranny w głowę i klatkę piersiową został 20 czerwca aresztowany w szpitalu i przewieziony na oddział szpitalny więzienia na Butyrkach. Oskarżono go udział w spisku antyradzieckim oraz szpiegostwoP. Wieczorkiewicz, Łańcuch..., s. 97-98.. Równocześnie pracownicy 1 Oddziału Sztabu Generalnego oraz zastępca naczelnika Razwiedupru komdiw Aleksandr Nikonow potwierdzili, iż Mieżeninow faktycznie zagubił służbowe dokumenty. 28 września 1937 r.