В феврале следующего года, когда части Красной армии уже захватили Киев, Мордалевич вместе с войсками Директории отступил на запад. В марте того же года он неожиданно вернулся в Полесье, где стал одной из влиятельных фигур повстанчества — руководителем отдела агитации и командиром агитационного куреня в отряде атаманов братьев Соколовских.

В августе 1919 года отряд Соколовских под ударами красных сократился до 400 человек и откатился в густые чащи Полесья. После гибели Дмитрия и Тимофея Соколовских Мордалевич в октябре 1919 года был избран главой Повстанческой рады севера Киевщины. Ему удалось возродить повстанчество, подчинить своему влиянию несколько десятков атаманских отрядов общей численностью до трех тысяч бойцов. Базовый район Мордалевича на севере Киевщины — его «республика» — объединял до 20 сел. Только в Чернобыльском уезде местный атаман Струк никак не хотел ему подчиняться.

В апреле 1920-го, когда польская армия вместе с войсками УНР вышла к Днепру, Мордалевич официально признал над собой руководство штаба Петлюры. Это подчинение принесло ему «подарок» в виде 500 винтовок и четырех пулеметов от польского штаба. В ноябре 1920 года Юлиан Мордалевич помогал атаманам Булах-Балаховичу и Искре овладеть районом украинского Полесья.

В начале 1921 года приказом Партизанско-повстанческого штаба армии Петлюры атаман Мордалевич был назначен командиром 2-й Северной повстанческой группы с огромным районом действий — на запад от Днепра до польской границы и от Припяти до железной дороги Черкассы–Вапнярка (нынешняя Киевская, Житомирская, большая часть Черкасской областей). В приказе Повстанческо-партизанского штаба отмечалось: «Всем атаманам отдельных отрядов этого района беспрекословно выполнять все его [Мордалевича] оперативные задания». Тогда же Юлиан Мордалевич получил звание полковника армии УНР.

В начале 1921 года в отряде Мордалевича воевало около 400 человек. Ему подчинялись атаманы Орлик — 150 повстанцев, Лисица — 170, Верховский — 80, Кречет — 50, Ярошевич — 50 (всего около 1200 бойцов). Но такой «армии» было явно недостаточно даже для сопротивления силам 132-й советской бригады, которая была брошена против повстанцев украинского Полесья.

В апреле 1921-го, когда большевики огласили в Украине амнистию в отношении добровольно сдавшихся повстанцев, Мордалевич тайно завязывал отношения со вчерашними врагами. Чекисты гарантировали ему и его отряду амнистию и полную свободу в случае добровольной сдачи повстанцев. В мае, в письме к красному комбригу Мордалевич писал: «Обогатив себя социальными познаниями, хочу пойти в народ и работать для блага и прекрасной будущности трудящихся масс... перехожу разделяющие нас границы не в силу какой-либо необходимости или со злонамеренной целью, а в силу непреодолимого влечения к идеалам коммунизма».

Получив положительный ответ на свое письмо, атаман явился с повинной в штаб 132-й бригады, а через неделю вывел из леса и «сдал» по амнистии свой отряд в 300 бойцов. Далее путь уже бывшего атамана лежал в Киев и Харьков — в «железные объятия» чекистов. В Харькове он удостоился встреч со всем руководством УССР: с главой украинского правительства Раковским, председателем ЦИК Петровским, с министром Затонским, с командующим вооруженными силами Украины и Крыма Фрунзе, с председателем Всеукраинского ЧК. Там же в Харькове Мордалевич встретился с бывшими украинскими эсерами Блакитным-Елланским и Любченко, которые к 1921 году не только стали коммунистами, но и получили значительные посты в правительстве.

В то время Мордалевич написал несколько воззваний к повстанцам и писем к атаманам, призывая их перейти на сторону советской власти. В июле 1921 года он отправил письмо атаману Тютюннику, призвав его не уничтожать бесцельно людей, не разрушать Украину, а переходить «в ряды защитников УССР». В ответ на это письмо глава Повстанческо-партизанского штаба ответил Мордалевичу, в частности, следующими словами: «Я не берусь судить Вас за перемену Ваших взглядов, потому что очень часто условия складываются не так, как нам хотелось бы, и перемена тактики — это еще не измена идеи. Я верю, что Вы не осудите меня за мое прежнее отношение к России, со стороны которой нет гарантий, что. не будет покушений на начальные завоевания, которые уже добыты... Жизнь — это борьба, и как отдельный индивидуум, так и целый народ должен бороться за свое существование. В такой борьбе будет возможен мир с Севером (Россией), но только тогда, когда будут гарантии отказа России от тактики Калиты, Петра Первого, Екатерины Второй, Александра Второго. А пока мы должны бороться и с оружием в руках, и без оружия. Всё вопрос тактики. Надеюсь, что останетесь истинным идейным работником, каким знают Вас все, и не будете ненавидеть нас, хотя бы наша тактика по Вашему была бы ошибочной».

Переход на сторону большевиков такого авторитетного атамана, как Мордалевич, вызвал шок и растерянность среди повстанцев. Его письма и воззвания подтолкнули к сдаче повстанцев и атаманов Холодного Яра и атамана Пугача, партизанившего в районе Звенигородки.

За свои «труды» в августе 1921 года Мордалевич получил оплачиваемый отпуск от Реввоенсовета республики (по логике вещей, если он получил отпуск от Реввоенсовета, значит, был принят на службу в это учреждение). После посещения родных мест Юлиан просил власти назначить его преподавателем курса социально-политических наук или ручного труда в школу города Коростышев. Бывший атаман рассчитывал получить полную свободу и зажить жизнью простого обывателя. Но скромного места учителя он не получил — чекисты решили использовать его, оставив у всех на виду в Киеве.

Мордалевич писал Раковскому, возмущаясь слежкой, ограничением личной свободы и использованием себя как «пешки, фигуры с известной меркой специально для борьбы с повстанчеством», требуя «ввести меня в социалистическую семью... предоставить мне возможности свободного выбора области и места для моей дальнейшей деятельности». В октябре 1921 года он поступил в Харьковский институт народного хозяйства, пытался получить работу редактора в издательстве, просил разрешения писать мемуары.

Прожив в Советской Украине пять с половиной месяцев, Юлиан Мордалевич бежал в Польшу. Но там в начале 1922 года он был арестован как советский шпион и более трех месяцев находился под арестом в тюрьме при штабе 6-й польской армии, пытаясь с помощью голодовок добиться освобождения. Основным алиби Мордалевича была версия о том, что он бежал на Запад, «чтобы поступить в европейские университеты». Возможно, не без помощи советских резидентов бывшему атаману удалось бежать из польской тюрьмы.

Вскоре он всплывает в Праге, которая тогда стала центром украинской и российской политической эмиграции. Мордалевич записался на филологический факультет пражского Карлова университета и в Украинский университет. После открытия в чешских Подебрах Украинской хозяйственной академии он записался на экономическо-кооперативное отделение этой академии.

Петлюровская эмиграция отвернулась от Мордалевича, считая его, как и польская разведка, советским шпионом. Мордалевич и в Праге пытался «разлагать» противников Советов — он вошел в местное Общество социалистической молодежи им. Михаила Драгоманова, создал украинский марксистский кружок, стал активистом Комитета помощи голодающим в Украине. В 1926 году ему было разрешено вернуться в Советскую Украину, однако заместитель председателя ОГПУ Ягода посчитал «нецелесообразным в настоящее время использовать бывшего атамана Мордалевича и нежелательным предоставление ему визы на въезд в СССР».