Od rewolucji lutowej i obalenia caratu w marcu 1917 roku związany z organizacjami dążącymi do budowy niepodległego państwa ukraińskiego. W kwietniu 1917 zainicjował i zorganizował w Mińsku Ukraiński Kongres Frontu Zachodniego. Kongres utworzył Ukraińską Radę Frontu i wybrał Petlurę na jej przewodniczącego. Pełniąc tę funkcję został oddelegowany na Ukraiński Kongres Narodowy, zwołany przez Ukraińską Centralną Radę. W grudniu 1917 z jego inicjatywy sformowano Hajdamacki Kosz Słobodzkiej Ukrainy, nad którym objął dowództwo i którym dowodził do marca 1918. Po okupacji w lutym 1918 terytorium Ukraińskiej Republiki Ludowej przez wojska niemieckie i austro-węgierskie (w konsekwencji traktatu brzeskiego), obaleniu 28 kwietnia 1918 przy udziale wojsk niemieckich rządu URL i ustanowieniu Hetmanatu Pawła Skoropadskiego Petlura znalazł się w opozycji. W listopadzie 1918 roku, po zawieszeniu broni zawartym w Compiègne przez Ententę z Niemcami, wzniecił powstanie przeciw Skoropadskiemu, który uprzednio cieszył się wsparciem niemieckim. 14 grudnia siły Petlury, których trzon stanowił korpus Strzelców Siczowych (pod dowództwem płk. Jewhena Konowalca) zajęły Kijów, restytuując Ukraińską Republikę Ludową. Naczelnym Atamanem (wodzem naczelnym) Armii URL został Petlura.