В июле 1901 года Министр финансов С. Ю. Витте пригласил Михаила Андреевича для работ по организации политехнического института в качестве его профессора, а в дальнейшем и декана электромеханического отделения. Вся последующая жизнь и деятельность Михаила Андреевича была тесно связана с Политехническим институтом. В новом институте у М. А. Шателена появилась возможность реализовать идею тесной связи теории с практикой в обучении инженеров. Разработка планов преподавания и программ велась при его непосредственном участии. Им была включена в программу летняя практика студентов. М. А. Шателен провел большую работу по организации электроизмерительной лаборатории, по ее оборудованию и постановке в ней студенческих работ. Им была создана группа лабораторий: гальванометрическая, магнитная, сетевая, фотометрическая и др., а также эталонная лаборатория, которая обслуживала не только Политехнический институт, но и ряд других учреждений, в том числе и Главную палату мер и весов. В Политехническом институте М. А. Шателеном был поставлен общий курс электротехники, написаны «Лекции по электротехнике», выдержавшие до 1916 года пять изданий; впервые написаны на русском языке курсы «Электрические измерения» и «Переменные токи».
Деканом электромеханического отделения М. А. Шателен был до 1907 года. Вспоминая этот период работы Михаила Андреевича, его современник профессор М. А. Павлов в своих воспоминаниях писал: «Деятельный, живой, подвижный, он был душой своего отделения, неутомимым ходатаем за его нужды. Факультет, деканом которого Шателен был долгое время, многим ему обязан» [8].
Учебная работа в Политехническом институте в начале века, как и в других вузах, часто останавливалась из-за студенческих волнений, демонстраций, забастовок. В феврале 1907 года, после повального обыска в зданиях института, М. А. Шателен, как и другие члены Правления, на основании обвинения в «противозаконном бездействии власти» [5] был снят с поста декана и предан суду. Общежития были закрыты. Предварительное следствие длилось более года. По решению суда Сената М. А. Шателену был объявлен строгий выговор.
Несмотря на эти трагические события научно-преподавательская деятельность Михаила Андреевича в Политехническом институте продолжалась и не ограничивалась интересами только электромеханического отделения. В августе 1907 года М. А. Шателен внес в Соединенное Собрание технических отделений предложение о возможности использования зданий закрытых общежитий для открытия новых отделений. Соединенное собрание поддержало эту идею, и в этом же году были открыты механическое и инженерно-строительное отделения.
В 1911 году М. А. Шателеном была организована первая в России лаборатория высоких напряжений и опытная линия электропередачи высокого напряжения. В этой лаборатории под его научным руководством и личном участии был проведен ряд работ, послуживших основой для развития высоковольтной техники в России (защита от перенапряжений, высоковольтная изоляция, высоковольтные измерения и т. д.). «Михаил Андреевич обладал исключительной энергией, инициативой, был выдающимся организатором, а также обладал особым даром отгадывать в молодых силах будущих ученых» [2]. «Он сумел объединить вокруг себя молодых преподавателей из числа окончивших первые выпуски, заинтересовал их новыми специальностями, поручил подготовку специальных курсов по отдельным областям. Тут выдвинулись наши новые первопреемники электромеханики: А. А. Чернышев, Н. В. Шулейкин, Н. Н. Циклинский, А. А. Горев, Н. А. Меншуткин и другие» [2].
1 декабря 1918 года, после утверждения «Временных правил об управлении Петроградским политехническим институтом» на первом заседании нового состава Совета М. А. Шателен был избран ректором. Деятельность Михаила Андреевича на этом посту была направлена не только на восстановление учебной и научной работы, но и на развитие института. Однако в этой должности он был совсем непродолжительное время. «На основании постановления Совета института, ввиду отказа профессора М. А. Шателена (вследствие болезни) от должности ректора института, в общем собрании факультетов, состоявшемся 19 сего (1919 года) марта, были произведены выборы нового ректора» [3].
Вряд ли болезнь была истинной причиной ухода М. А. Шателена с поста ректора. По мнению его современников, писал профессор Б. Н. Меншуткин, М. А. Шателен «отказался от исполнения обязанностей ректора, мотивируя это тем, что Комитет бедноты избрал коменданта института, а он, ректор, не имеет реальной поддержки со стороны властей с разрушающими институт действиями Комитета бедноты» [6]. В 1919 году занятия в институте почти совсем не происходили.
Особое место в жизни и работе Михаила Андреевича всегда занимала деятельность по электрификации страны. В 1920 году он вошел в состав Государственной комиссии по электрификации России (ГОЭЛРО) и был назначен уполномоченным по Петрограду и Северному району страны. План электрификации Северного района, составленный при его участии, был особо отмечен Государственной комиссией и послужил образцом для составления планов по другим районам. С 1921 по 1932 годы, в рамках работ по плану ГОЭЛРО, М. А. Шателен был членом комиссии по электрификации Урала и Донбасса; экспертом проектов Волховстроя, Свирьстроя, Днепростроя; председателем бюро «Волховстрой-Электроток». С основанием в 1921 году Госплана СССР М. А. Шателен был назначен его членом и принимал участие в разработке Генерального плана электрификации страны. В 1922 году по его инициативе возобновился выход журнала «Электричество». В 1924 году М. А. Шателен был приглашен в Главную палату мер и весов в качестве старшего метролога, создал там Эталонную фотометрическую лабораторию и стал ею заведовать. С 1929 по 1932 год он руководил всей деятельностью Главной палаты, занимая пост президента.
М. А. Шателен принимал большое участие в работе международных съездов, обществ и организаций, связанных с электротехникой и энергетикой. В 1923 году он участвовал в Международной конференции по сетям высокого напряжения, был избран членом совета конференции и вице-президентом. В 1926 году избран членом совета Международной электротехнической комиссии. С 1933 года он — заместитель председателя комитета по участию СССР в международных энергетических объединениях.
В период с 1928 по 1934 год Михаил Андреевич совместно с профессорами В. Ф. Миткевичем и В. А. Толвинским выполнил работу по составлению, редактированию и изданию многотомной «Справочной книги для электротехников» (СЭТ).
В 1931 году Михаил Андреевич Шателен был избран членом-корреспондентом АН СССР. В этом же году он участвовал в организации Энергетического института АН СССР и Музея по энергетике при нем.
Все эти годы продолжалась работа Шателена в Политехническом институте. В 1934 году, «учитывая исключительно ценную и плодотворную работу профессора Михаила Андреевича Шателена в деле создания и развития электроизмерительной лаборатории института, — лаборатории электроизмерений присваивается имя Михаила Андреевича Шателена» (приказ N 60 от 13.02.34) [9]. С первых дней Великой Отечественной войны Михаил Андреевич работал в комиссии Научно-технического комитета помощи фронту, он вошел в состав комиссии по рассмотрению и реализации оборонных предложений, организованную в июле 1941 года под руководством академика Н. Н. Семенова, и в состав подкомиссии по оборонным мероприятиям при исполкоме Ленсовета депутатов трудящихся.
В сентябре 1941 года М. А. Шателен был эвакуирован в Ташкент, где принял участие в организации работы оборонных предприятий, научных и учебных учреждений, научно-инженерных обществ и организаций. В эти годы он был профессором Ленинградского политехнического института, находящегося в эвакуации, и Среднеазиатского индустриального института, где организовал кафедру общей электротехники и электротехническую лабораторию. Участвовал в организации Узбекского филиала АН СССР, был его председателем. Организовал и был первым директором Энергетического института Узбекского филиала АН СССР. По его инициативе было организовано Узбекистанское объединение научно-инженерных обществ, в котором он был избран председателем Президиума.