Rykov tornò dalla Siberia dopo la Rivoluzione di febbraio del 1917 e si unì nuovamente ai Bolscevichi, pur rimanendo critico riguardo ad alcune delle loro posizioni più radicali. Divenne membro dei soviet di Mosca e di Pietrogrado. Al IV Congresso del Partito Bolscevico (23 luglio - 3 agosto 1917) venne eletto al Comitato Centrale. Nel corso della Rivoluzione d'ottobre fu membro del Comitato militare rivoluzionario di Mosca.