В Россию вернулась после Февральской революции 1917, вскоре стала членом Исполкома Петроградского совета. Участвовала в работе 7-й (Апрельской) конференции РСДРП(б) 1917 года от большевистской военной организации, была в числе немногих делегатов, полностью поддержавших позиции Ленина, изложенные в «Апрельских тезисах». На I Всероссийском съезде Советов была избрана членом ЦИК от большевиков. В период «двоевластия» вела организованную агитацию в среде солдат и матросов, что повлекло за собой преследования Временного правительства. Возвращаясь с совещания левого антивоенного Циммервальдского объединения в Стокгольме в июле 1917, Коллонтай была арестована по приказу Временного правительства. Содержалась в Выборгской женской тюрьме, была освобождена под денежный залог, внесённый писателем Максимом Горьким и инженером Леонидом Красиным. Всё ещё пребывая под арестом, на VI съезде РСДРП(б) в 1917 году заочно избрана одним из почётных председателей съезда и членом ЦК партии.Принимала участие в заседании ЦК РСДРП(б) 10 (23) октября 1917 года, принявшем решение о вооружённом восстании, и в проведении Октябрьского восстания в Петрограде. Член президиума проводившегося параллельно II съезда Советов (25—26 октября 1917 года). После установления власти большевиков и левых эсеров избиралась во ВЦИК и 30 октября лично от Ленина получила пост народного комиссара общественного призрения в первом составе Совета народных комиссаров. При наркомате Коллонтай создала Отдел по охране материнства и младенчества и Коллегию по охране и обеспечению материнства и младенчества. «Политика этих структур строилась на том постулате, что охрана материнства как специфической функции женщины является прямой обязанностью государства».