Jednak podpisanie pokoju brzeskiego i szybkie zadeptanie demokratycznych osiągnięć Rządu Tymczasowego przez bolszewików spowodowało, że Mielgunow prawie już przekonany do ich idei, został ich zaciętym wrogiem.
„Podziemie” Mielgunow został jednym z niewielu socjalistycznych przywódców, którzy rozpoczęli bezpośrednią współpracę z podziemnymi organizacjami monarchistycznymi wspierającymi utworzenie Armii Ochotniczej.
Wiosną 1918 roku utworzyła się jedna z najsilniejszych organizacji antybolszewickich – Związek Odrodzenia Rosji, w którego skład weszli przedstawiciele frontu antybolszewickiego – eserowcy, mienszewicy i lewicowi kadeci. Mielgunow zajął w organizacji miejsce jednego z liderów.
„Unia Odrodzenia” otrzymała milion rubli od misji sojuszniczych Ententy na swoją działalność. Część tych pieniędzy przekazano Armii Ochotniczej, a pozostałe 300 tysięcy Borys Sawinkow otrzymał osobiście z rąk Mielgunowa. Bolszewicy nic nie wiedzieli o podziemnej działalności Mielgunowa.