Михаил Михайлович Попов служил на Западном фронте во время Гражданской войны как красноармеец. В межвоенный период, начиная с 1922 года, он занимал различные должности, включая командира взвода, помощника командира роты, помощника начальника и начальника полковой школы, командира батальона, а также инспектора вузов Московского военного округа.
С начала Великой Отечественной войны Михаил Михайлович Попов командовал войсками Северного фронта, остановивших продвижение войск противника на нескольких направлениях. С августа 1941 года он был командующим войсками Ленинградского фронта, защищавших Ленинград с юга и северо-запада.
С ноября того же года Михаил Михайлович Попов командовал 61-й армией, которая принимала участие в Московской битве. Позднее он был командующим 40-й армией, участвовавшей в оборонительной операции на Воронежско-Ворошиловградском направлении.
С октября 1943 года Михаил Михайлович Попов командовал войсками Прибалтийского фронта, принимавшими участие в Ленинградско-Новгородской наступательной операции. Он также занимал различные должности после войны, включая командование войсками Львовского и Таврического военных округов.
Богатый боевой опыт и выдающиеся способности Михаила Михайловича Попова были успешно использованы в его последующей карьере, где он занимал важные посты в системе обороны. За его вклад в Победу и выдающиеся заслуги перед Отечеством ему было присвоено звание Героя Советского Союза.
Награжден 5 орденами Ленина, 3 орденами Красного Знамени, 2 орденами Суворова 1 ст., 2 орденами Кутузова 1 ст., орденом Красной Звезды, медалями, а также иностранными орденами.
Погиб 22 апреля 1969 года от отравления бытовым газом на даче вместе с женой Серафимой Алексеевной.
Похоронен на Новодевичьем кладбище Москвы.