Después de la Revolución de febrero de 1917 Kosior viajó a San Petersburgo, donde encabezó la rama local bolchevique y el comité municipal de Narva. Después de la Revolución de octubre se trasladó a los territorios controlados por los alemanes del Ober-Ost y a Ucrania, donde trabajó para la causa bolchevique. Después del Tratado de Brest-Litovsk, regresó a Rusia, donde en 1920 se convirtió en secretario del PCUS. En 1922 fue jefe de la rama siberiana del PCUS. Desde 1925 hasta 1928, fue Secretario del Comité Central del PCUS.