В марте 1917 года после Февральской революции С. М. Цвиллинг стал председателем Челябинского совета и председателем комитета РСДРП(б). Ездил в Петроград делегатом на Всероссийское совещание Советов рабочих и солдатских депутатов. В июне 1917 года Цвиллинг участвовал в работе Екатеринбургского окружного съезда Советов, затем стал членом Уральского областного комитета РСДРП (б) и редактором партийной газеты. Отказался от поста председателя Челябинского Совета и решил остаться в Екатеринбурге. Приехал в Петроград для участия в полуподпольном VI съезде РСДРП(б). Осенью избран депутатом Учредительного собрания от Оренбургского избирательного округа по списку № 8 (РСДРП(б)).