В июле 1918 года на 1-м съезде Коммунистической партии (большевиков) Украины избран секретарём ЦК КП(б)У. Участвовал в подавлении восстания левых эсеров в июле 1918. В ноябре 1918 Пятаков вошёл в состав Украинского революционного военного совета (И. Сталин, В. Затонский и В. Антонов-Овсеенко), который разработал план и провёл подготовку к наступлению Красной армии на Украине.