В 1917 году на VI съезде избран членом ЦК РСДРП(б), после чего работал в Московском комитете партии и редактировал печатное издание «Известия Московского военно-революционного комитета». Вёл активную пропагандистскую работу во время Октябрьской революции 1917 года, занимая радикальные левые позиции. Джон Рид в книге «Десять дней, которые потрясли мир» утверждает, что Бухарин считался «более левым, чем Ленин». В течение многих лет с небольшим перерывом в 1918 году — главный редактор газеты «Правда» и фактически ведущий партийный идеолог. Подготовил предложения по национализации промышленности и созданию органов управления экономикой во главе с Высшим советом народного хозяйства (ВСНХ).