Po oswobodzeniu z więzienia wraz z Karolem Libeltem ponownie przybył na ziemie należące przed rozbiorami do Polski i 10 kwietnia 1848 w obozie pod Wrześnią okrzyknięty został naczelnym wodzem, a 13 września oficjalnie został mianowany inspektorem obozów polskich. Wcześniej jednak pod naciskiem rewolucyjnych mas król Fryderyk Wilhelm IV podpisał jego akt amnestyjny.
Powstanie wielkopolskie 1848 thumb|lewo|Ludwik Mierosławski, grafika Eugène Louis Charpentiera W czasie powstania wielkopolskiego w 1848 Mierosławski dowodził m.in. w zwycięskiej bitwie pod Miłosławiem i Sokołowem. W powstaniu poznańskim 1848 roku, pod dowództwem Mierosławskiego walczył m.in. Ludwik Oborski. Nie chcąc firmować spodziewanej klęski Mierosławski zrzekł się dowództwa w związku z czym akt kapitulacji zamiast niego podpisał płk Augustyn Brzeżański. Po kapitulacji powstania poznańskiego Mierosławski ponownie dostał się do niewoli pruskiej, z której został uwolniony dzięki interwencji francuskiej w Berlinie, w której powołano się na francuskie obywatelstwo Mierosławskiego.