Když se Bucharin v roce 1917 dozvěděl, že v Rusku probíhá revoluce, která svrhla cara, vrátil se přes Japonsko do Ruska a stal se jedním z vedoucích bolševiků v Moskvě. Během říjnové revoluce uvedl, že bránil revoluční výnosy moskevského sovětu a že přispěl k vyhnání menševiků a prozatímní vlády v čele s Kerenským do vyhnanství. Bucharin poté reprezentoval moskevskou společnost v revoluční vládě v Petrohradě po revoluci a stal se editorem stranických novin Pravdy.