După Revoluția din Februarie s-a mutat la Petrograd, unde a condus organizația locală a bolșevicilor și a fost președintele sovietului municipal Narva. După Revoluția din Octombrie, Kosior s-a mutat în fostele teritorii ale Imperiului Rus ocupate de Imperiul German – Ober-Ost și Ucraina – unde a încercat să organizeze celule locale ale bolșevicilor. După semnarea Tratatului de la Brest-Litovsk, Kosior s-a mutat în Rusia, unde a devenit unul dintre liderii Partidului Comunist al Uniunii Sovietice. În 1928 a devenit lider al Partidului Comunist al RSS Ucrainene. Una dintre sarcinile sale a fost punerea în aplicare a politicii de colectivizare a agriculturii în Ucraina. Rezultatul imediat al colectivizării și deculacizării agriculturii ucrainene a fost marea foamete din 1932 – 1933.