בתור סטודנט, היה חבר תחילה באגודות מהפכניות שנטו למפלגת הפועלים הסוציאל-דמוקרטית הרוסית. לאחר שסיים את לימודיו בהצטיינות, התקבל לעבודה כמהנדס במפעל פוטילוב בבירה, שייצר נשק ובנה אניות. הפועלים שהיו תחת פיקוחו, סיפרו לו על הפעילות המהפכנית המתחוללת במועצות הפועלים בעיר והוא הצטרף אל המפלגה הסוציאל-רבולוציונרית. באמצעות הפועלים במפעל, הכיר את האב גאורגי גפון. בתחילת ינואר 1905 הוכרזה במפעל שביתה, שהייתה גורם ישיר למצעד ב-9 בינואר. רוטנברג שמע מהפועלים על קיום תהלוכת ההמונים, דיווח עליה למפלגתו, ובהוראתה הצטרף אל ההפגנה, בניסיון לפקח עליה. כאשר החלו הקוזאקים לירות במפגינים, הציל רוטנברג את חייו של גפון, המבוקש על ידי השלטונות: הוא קיצץ את זקנו, גילח את שערות ראשו, הלביש אותו בבגדי אשה והבריח אותו מאזור ההפגנה. הוא העביר אותו בין דירות מסתור ולבסוף החביא אותו בדירת מקורבו, הסופר מקסים גורקי. בהוראת המפלגה, הבריח אותו אל מחוץ לרוסיה ונסע איתו לערים שונות באירופה, בהן נפגשו עם אישים שונים ממגוון מחנות תנועת המהפכה הרוסית. יום המצעד, הוא "יום ראשון העקוב מדם", התחיל את מהפכת 1905 ברוסיה.