Pjatakov palasi Venäjälle helmikuun vallankumouksen jälkeen vuonna 1917 ja hänet valittiin Kiovan työläisneuvoston toimeenpanevan komitean puheenjohtajaksi. Lokakuun vallankumouksen jälkeen hänestä tuli Venäjän valtionpankin komissaari. Vuonna 1918 Pjatakov kuului bolševikkien sisäistä oppositiota edustaneiden vasemmistokommunistien johtajiin. Venäjän sisällissodan aikana hän vaikutti Ukrainassa, jonka bolševikit pyrkivät pitämään Neuvosto-Venäjän valtapiirissä perustamalla sinne oman hallituksensa. Pjatakov oli marraskuusta 1918 tammikuuhun 1919 toimineen Ukrainan työläisten ja talonpoikien väliaikaisen hallituksen puheenjohtaja. Yhdessä Béla Kunin ja Rozalija Zemljatškan kanssa Pjatakov johti sisällissodan lopussa vuonna 1920 bolševikkien punaista terroria Krimillä.