Wziął udział w rewolucji lutowej. Wszedł w skład Piotrogrodzkiej Rady Delegatów Robotniczych i Żołnierskich, redagował pisma „Sołdatskaja Prawda”, „Raboczij i Sołdat” oraz „Sołdat”. Brał udział w tworzeniu Czerwonej Gwardii. 10 marca 1917 został członkiem Komitetu Wojskowego bolszewików, zajmującego się agitacją wśród żołnierzy garnizonu piotrogrodzkiego. 21 kwietnia 1917 apelował do marynarzy z bazy w Kronsztadzie o skierowanie do Piotrogrodu oddziału marynarzy; przy ich pomocy bolszewicy mieli zamiar przeprowadzić powstanie zbrojne przeciwko Rządowi Tymczasowemu - ostatecznie zakończyło się ono niepowodzeniem. Następnie stanął na czele bolszewickiej Organizacji Wojskowej, powierzono mu kierowanie drugą próbą przejęcia władzy na drodze powstania zbrojnego (dni lipcowe). Pozostał na czele Organizacji Wojskowej po klęsce bolszewików w lipcu i brał udział w przygotowaniach do kolejnego zbrojnego wystąpienia, które zakończyło się zwycięstwem bolszewików. Pozostawał głównym doradcą Lenina w kwestiach wojskowych. Stłumił powstanie Kiereńskiego i Krasnowa na Piotrogród.