במרץ 1917, עם פרוץ המהפכה הקומוניסטית ברוסיה, חזר לסנקט פטרבורג ביחד עם לנין ומספר חברי מפלגה נוספים. הוא הועמד בראש סניף המפלגה בעיר. בעקבות משבר יולי נמלט ביחד עם לנין לפינלנד. לאחר מהפכת אוקטובר נתמנה לנשיא הקומינטרן וכיהן בתפקיד זה עד לשנת 1926. בתקופה זו היו לו מספר מחלוקות עקרוניות עם לנין בנושאי מדיניות שונים. לאחר מות לנין (1924) נמנה זינובייב עם השלישייה המובילה של ההנהגה, יחד עם סטלין וקמנייב. ואולם, במהלך השתלטות סטלין על ההנהגה, הורחק זינובייב מעמדות עוצמה, סולק מהמפלגה, ובשנת 1934 נאסר באשמת "פעילות קונטר-רבולוציונית", נשפט וקיבל עונש מאסר של 10 שנים. בשנת 1936 במהלך משפט נוסף הואשם ברצח סרגיי קירוב ובפשעים נוספים. לאחר משפט ראווה הוצא להורג באוגוסט של אותה שנה. בשנת 1988 שמו טוהר מכל האשמות.