Po vypuknutí Únorové revoluce v roce 1917 byl Ordžonikidzemu povolen návrat z vyhnanství v Jakutsku a přesídlil do Petrohradu, kde vstoupil do místního výboru bolševické strany a stal se členem Výkonného výboru petrohradského sovětu. Ordžonikidze se poté aktivně podílel na událostech Říjnové revoluce téhož roku a měl jistou zásluhu na převzetí moci bolševiky. V prosinci byl jmenován mimořádným komisařem pro Ukrajinu. Tuto funkci si pak v dubnu 1918 přenesl i do oblastí směrem na Kavkaz.