Runt 1909 gick Zemljatjka i exil, men återvände 1914 till Ryssland. Samma år organiserade hon och Iosif Dzjugasjvili (senare känd som Josef Stalin) en omfattande strejk i landets oljecentrum, Baku. Hon var mellan 1915-1916 en del av politbyrån i det socialdemokratiska partiets Moskva-avdelning, för att 1917 avancera till partisekreterare i staden. I samband oktoberrevolutionen 1917 använde hon sina militära erfarenheter från revolutionen 1905 till att leda trupper i det väpnade upproret i Moskva. När bolsjevikerna hade tagit makten blev hon vid ett flertal tillfällen invald i kommunistpartiets centralkommitté och partiets centrala kontrollkommission.