7 сентября 1792 года 472 голосами выборщиков из 676 был избран от Парижа в Национальный Конвент. Сразу же примкнул к монтаньярам. Одним из первых предложений Бийо-Варенна было требование смертной казни для всех, кто пропустит врагов на территорию Франции. При голосовании по вопросу участи Людовика XVI он голосовал за смерть, добавив к этому: «Поскольку Брут без колебаний послал своих детей на муки, я говорю „нет“», и в другой раз: «Смерть в двадцать четыре часа». В апреле 1793 г. в качестве комиссара Конвента был послан в Ренн для подавления восстаний крестьян, вызыванных вандейским мятежом, для чего потребовал вооружённой силы от Временного исполнительного совета (исполнявшего функции правительства), но ничего не добился.