הרב מוהליבר היה בעל אמצעים, שלא כרוב רבני ליטא, ולא היה תלוי ברבנות לפרנסתו. הוא היה שותף באחוזה וניהל משק חקלאי. ניסיון חייו וידיעותיו שימשוהו לימים בפעילותו בתנועת חיבת ציון. כבר בצעירותו התבלט כעסקן וכאיש ציבור מובהק. בשנת 1873 הוזמן להשתתף באספת הרבנים וראשי המשכילים בפטרבורג.
רעיונותיו של הרב מוהליבר החלו להתפרסם בשנות השבעים של המאה ה-19, במאמרים שפרסם בעיתונות העברית. בשנים 1872–1874 התנהל בעיתונות פולמוס בין משכילים לרבנים, ובפולמוס התערב הרב מוהליבר, וביטא עמדה מגשרת בין מסורת להשכלה; וכי יש לאחד את "שתי בנות אלקים אלה האמונה וההשכלה". לעמדתו היו מעריצים רבים בקרב סופרים ורבנים במחנה המסורתי אך היא עוררה גם לא מעט ביקורת.
הרב מוהליבר כתב שתי סדרות מאמרים בעיתון הלבנון. כמו כן יצא גם בביקורת על החברה החרדית בת זמנו, על כך שלטענתו היא משתמטת מחובותיה האזרחיות, נמנעת מללמוד את שפת המדינה ואינה עוסקת בהלכות ארץ ישראל.
חיבת ציון.
פעילותו למען יישוב ארץ ישראל החלה בשנת 1874. באותה שנה מלאו לשר משה מונטיפיורי תשעים, ולכבודו הוקמה קרן מיוחדת ושמה "מזכרת משה" שנועדה לתמוך ביישוב היהודי בארץ ישראל. הרב מוהליבר פעל להתרמת קהילות למען הקרן, ומאז הפך רעיון יישוב ארץ ישראל למרכז חייו ועיסוקו.
בשנים 1881–1882 היה הרב מוהליבר מראשי אגודות חובבי ציון. הוא הקים את "בני ציון" ואת קבוצת חובבי ציון הראשונה בוורשה. לאחר הפרעות של 1881 (סופות בנגב), עם תחילתו של גל ההגירה הגדול למערב, ובעיקר אל ארצות הברית, פעל בקרב יהודים למען עלייה לארץ ישראל. הוא קרא ליישוב הארץ ברוח המסורת וניסה לגייס את תמיכת רבני רוסיה לעלייה לארץ ישראל.
בינואר 1882 התכנס בעיר פוקשאן שברומניה קונגרס פוקשאן, ובו נכחו 51 צירים, שייצגו 32 אגודות של חובבי ציון. בקונגרס נבחר הוועד המרכזי ליישוב ארץ ישראל וסוריה ונקבע שמקום מושבו יהיה בעיר גאלאץ, עיר נמל על הדנובה, במזרח רומניה, משם יצאו ההפלגות הראשונות של חובבי ציון בדרכם לארץ ישראל. לאור קשיי האגודות, יזם הרב מוהליבר (לצד משה לייב ליליינבלום, יהודה לייב פינסקר ושאול פנחס רבינוביץ) את ועידת קטוביץ, ההתארגנות הלאומית היהודית העולמית הראשונה של היהודים, שבה נוסד "חיבת ציון", ארגון הגג שאיחד את כל האגודות הקיימות של חובבי ציון. הוועידה התכנסה ב-6 בנובמבר 1884. כנשיא הכבוד של הוועידה נתמנה הרב מוהליבר, והניהול המעשי הוטל על פינסקר.
פעילותו למען מזכרת בתיה.
בשנת 1882 יצא למסע בגרמניה ובצרפת במסגרת נסיונותיו לאיתור נדבנים שירימו תרומתם לבניית היישובים בארץ-ישראל. תחילה פנה אל חברת כל ישראל חברים בדבר מצוקתם של יהודי רוסיה, כדי שינדבו לקניית קרקע בארץ-ישראל. בפנייה אליהם טען שאמנם יישוב ארץ ישראל תובע מאמצים רבים אך "האם כבר מת כל רגש קודש ולאומי מקרבנו". לאחר שנענה בשלילה, ובסיוע רבה של פריז, הרב צדוק כהן נקבעה לו פגישה אצל הברון רוטשילד. בעקבות פגישה זו נרתם הברון למפעל יישוב ארץ ישראל. ההישג המיידי של פגישה זו הייתה הקמת המושבה עקרון בתמיכת הברון ובפיקוחו של הרב מוהליבר שהיה איש הקשר בין הברון למתיישבים. בשנת 1887 ביקר הברון רוטשילד במושבה ושינה את שמה למזכרת בתיה על שם אמו. במכתב משנת 1886 מספר הרב מוהליבר על חלקו בהקמת המושבה:
בפולמוס השמיטה בשנת תרמ"ט (1889-1888) היה הרב מוהליבר מראשי התומכים בהיתר המכירה שאיפשר את המשך עבודת האדמה בארץ ישראל, בעיקר נוכח איומו של הברון רוטשילד שיפסיק את תמיכתו ביישוב אם תיפסק עבודת האדמה. הרב מוהליבר צירף לפסק ההלכה שלו את הרב יהושע מקוטנא, ואת רבי יצחק אלחנן ספקטור. רוב המושבות פעלו בהתאם להיתר המכירה ועבדו את האדמה. אולם חלק מחקלאי פתח תקווה וחקלאי מזכרת בתיה שמרו את מצוות השמיטה מבלי להסתמך על היתר המכירה. הדבר הביא לסכסוך חריף ביניהם לבין הברון רוטשילד, אשר ראה בהם עצלנים, והאשים את הרב מוהליבר כי "הוא האשם בכל, כי לפי בקשתו עשיתי את הכל. הוא לא אומר כלום, ועל ידי שתיקתו הוא מחזק את המתקוממים". הרב מוהליבר המשיך לתמוך בהיתר גם כעבור שבע שנים בשמיטה של שנת תרנ"ו (1896-1895).
ארץ ישראל.
רעיון חיבת ציון ויישוב ארץ ישראל היו בראש מעייניו של הרב מוהליבר. הוא האמין שעבודה למען יישוב ארץ ישראל משותפת לכל חלקי העם. ולכן פעל למען קירוב לבבות בין כל קצוות העם, משכילים חילונים ורבנים חרדים. הוא תמך בקבלה של כל יהודי לתנועת חיבת ציון, ללא סייג של שמירת ההלכה. הרב מוהליבר פעל מצד אחד להשפיע על המנהיגים החילונים כדי למנוע פגיעה בדת ובחלוצים הדתיים במושבות של חיבת ציון בארץ, ומצד שני ניסה לקרב לרעיון חיבת ציון ויישוב הארץ את גדולי הרבנים בני דורו והמוני בית ישראל.
כמו הרב צבי הירש קלישר סבר גם הרב מוהליבר כי התחלת הגאולה של עם ישראל תהיה בדרך הטבע ובשלבים: "קמעא קמעא", ולא בבת אחת. בהסתמכו על מדרשי חז"ל ועל דברי רמב"ן, סבר שיישוב ארץ ישראל היא אחת המצוות הגדולות ביותר, השקולה כנגד כל התורה כולה. יחד עם זאת, הוא הדגיש שתורת ישראל היא מקור חיינו והיא צריכה להיות יסוד תחייתנו בארץ האבות.
יומיים לפני פטירתו הוא ניסח מכתב רחב היקף בעניין ה"קולוניאל בנק". במכתב זה, אשר כינו אותו "צוואתו של הרב מוהליבר", הוא כתב:
נסיעתו לארץ ישראל.
בשנת 1890 יצא הרב מוהליבר בראש משלחת של חיבת ציון מנמל אודסה לארץ ישראל. תפקיד המשלחת היה לבחון במיוחד את מצב המושבות בארץ. מנחם אוסישקין, שהיה אז סטודנט צעיר, מתאר את הפרידה מהמשלחת במילים נרגשות: .
המשלחת הגיעה בראש חודש סיוון ליפו. את פני המשלחת ביפו קידמו רבים מתושבי העיר, נציגי היישוב הישן והיישוב החדש, וראשי פקידות הברון רוטשילד. בביקורם עברו אנשי המשלחת במושבות החדשות, ובתוכן עקרון (מזכרת בתיה). המשלחת שהתה בארץ כחודש ימים ונחלה הצלחה רבה. גם ראשי המתנגדים למתן היתר המכירה (הרב שמואל סלנט והרב מרדכי גימפל יפה) קיבלו את הרב מוהליבר בכבוד גדול.
כבר בהיותו "באניה על הים התיכון בחֹדש תמוז תר"ן" 1890, החל לכתוב את החיבור: מטרת נסיעתי לארצנו הקדושה. בחיבור שני חלקים. בראשון הציג את עיקרי תפיסתו בנוגע למעלתה הרוחנית של ארץ ישראל. בשני פירט בעשרה סעיפים המנוסחים כשאלות, היבטים שונים של ההתיישבות בארץ: מהו מבנה החקלאות הארצישראלית ומהם ענפים חקלאיים שעשויים להיות רווחיים: "כרמים לבד, או אולי יותר טוב לזרוע ירקות ולנטוע פרדסים, היינו תאנים, זיתים, רמונים, אתרוגים, פאמערנצען (=יידיש: תפוזים), ואולי גם שושנים יקרים (כך) או עצי תות לגדל תולעת המשי?"; מהי כמות הון וקרקע הנדרשת להתיישבות "משפחה שלמה" אחת, מהו מצאי הקרקעות למכירה בהתחשב בעמדתם העוינת של השלטונות העות'מאניים; מהו מעמדם של היהודים נתיני האימפריה הרוסית; מהי השפעת הנדיב הידוע על מצב המושבות ומהם יחסי האיכרים עם פקידיו, ובהתאם לכך מה תפקיד ארגון חובבי ציון בעת ההיא, ו"איך הוא מצב ירושלים עיר הקודש ברוחניות, ובמה נוכל להועיל לה במצבה הגשמי?".
מיד עם בואו לארץ, שם פניו לירושלים בה שבת את שבתו הראשונה בארץ. על פי הזמנתו של הרב שמואל סלנט, דרש הרב מוהליבר בבית כנסת "החורבה" דרשה בהלכה ובאגדה.
עד לאחר שבועות שהה בירושלים, סייר בה ועמד על בעיות ההתיישבות שבה. לאחר מכן יצא לביקור יסודי במושבות פתח תקווה, ראשון לציון, נס ציונה (ואדי חנין דאז), עקרון, גדרה, קסטינה וזכרון יעקב. בביקורו הבחין במתח וברוגז השוררים בין האכרים לבין פקידי הברון רוטשילד, והשתדל בכל מאודו להשכין שלום ביניהם.
לאחר שהיה של מעל לחודש בארץ, חזרו הרב מוהליבר ומשלחתו לרוסיה, מעודדים מהתקדמות היישוב בארץ ישראל.
המזרח"י.
בשנת תרנ"ג (1893) עמדו "חובבי ציון" בפני קשיים גוברים. כמה מפעולותיהם בארץ ישראל נכשלו. השלטונות הטורקיים הצרו את צעדי היישוב וגזרו על הפסקת העלייה. מנהיג התנועה, ד"ר יהודה פינסקר נפטר. בעקבות מאמריו של אחד העם "אמת מארץ ישראל", בהם מתח ביקורת קשה על כל מעשי ההתיישבות בארץ ועל הנהגת חובבי ציון, נתערערה בלב רבים האמונה בצדקת דרכם ומעשיהם של חובבי ציון. כמו כן, ההתנגדות לתנועה הן בחוגי החרדים והן בחוגי המשכילים גברה והלכה. הרב מוהליבר יזם אספה מיוחדת שהתקיימה בעיר דרוזגניק בחודש אלול באותה שנה. באספה הוקם מרכז חדש, בראשות הרב מוהליבר, שתפקידו לעסוק בפעילות הסברה בקרב הציבור היהודי הרחב לשם הפצת רעיונות התנועה. מרכז זה נקרא "מרכז רוחני", ובקיצור מזרח"י, והוא קדם לתנועת המזרחי שהקים מאוחר יותר הרב ריינס.
משימתו העיקרית של המזרח"י התמצתה בארגון התנועה הלאומית כתנועה מאחדת של "חובבי ציון" על דעותיהם השונות. הפעולות העיקריות, שבראשם עמד הרב מוהליבר, היו מסירת סקירות מפורטות על המצב הכללי והחברתי ששרר בארץ ישראל, ועל אפשרויות לרכישת קרקעות באמצעות הנדיב הידוע הברון רוטשילד, מסירת ייעוץ לדרכי עליה והתיישבות, סיוע לביסוס כלכלת היישוב, עידוד קניית תוצרת חקלאית ארצישראלית ברוסיה ובפולין, וגיוס תרומות עבור פועלים חקלאים בארץ.
לאחר הקמת מזרח"י התעורר "פולמוס בני משה", שבראשם עמד אחד העם. אחד העם מתח ביקורת קשה על התנהלות ההתיישבות בארץ ישראל, ועל "חובבי ציון". הרב מוהליבר ניסה למתן את העמדות הקיצוניות ולהגיע להבנה, אך עדיין בעקבות הפולמוס נתערערה האמונה המלאה בצדקת דרכם.
בתנועה הציונית.