Wspólnie z Galiną Flakserman zorganizował spotkanie czołowych działaczy partyjnych w mieszkaniu Nikołaja Suchanowa na Wyspie Piotrogrodzkiej 10/24 października 1917 r., podczas którego zapadła decyzja o przejęciu przez bolszewików władzy drogą zbrojnego przewrotu. Następnie wszedł w skład Piotrogrodzkiego Komitetu Rewolucyjno-Wojskowego, który został utworzony i przybrał ostateczny kształt między 16-21 października/30 października-3 listopada 1917 r. Brał udział w ostatnich przygotowaniach do zbrojnego wystąpienia bolszewików i ich zwolenników; 24 października/6 listopada był jednym z autorów wezwania do żołnierzy, by stanęli po stronie Piotrogrodzkiej Rady Delegatów Robotniczych i Żołnierskich przeciwko Rządowi Tymczasowemu. Podczas przewrotu przebywał w Instytucie Smolnym razem z innymi przywódcami partii. Następnie w imieniu Komitetu Rewolucyjno-Wojskowego poinformował organizacje bolszewickie w całym kraju o obaleniu Rządu Tymczasowego, wezwał w proklamacji do przejmowania władzy w terenie. Był przewodniczącym frakcji bolszewickiej na II Zjeździe Rad.