В ходе боёв за расширение плацдарма в районе Кюстрина взвод Василенко за период боёв с 27 по 28 марта 1945 года уничтожил 12 вражеских танков, 2 миномётных батареи, 8 огневых точек и несколько десятков вражеских солдат и офицеров. В ходе отражение очередной вражеской контратаки, Василенко заменил собой выбывших из строя командира орудия и наводчика, и лично уничтожил 4 танка и 3 пулемёта. Несмотря на полученное ранение, Василенко поля боя не покинул.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 31 мая 1945 года младший лейтенант Михаил Василенко был удостоен высокого звания Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда».