Вестка пра Лютаўскую рэвалюцыю 1917 года ашаламіла Луначарскага. 9 траўня, пакінуўшы сям’ю ў Швейцарыі, ён прыбыў у Петраград і ўвайшоў у арганізацыю «міжраёнцаў», якая абрала яго дэлегатам Першага Усерасійскага з’езда Саветаў рабочых і салдацкіх дэпутатаў (3-24 чэрвеня 1917 года). Выступаў з абгрунтаваннем ідэі роспуску Дзяржаўнай Думы і Дзяржаўнага савета, перадачы ўлады «працоўным класах народа». 11 чэрвеня адстойваў інтэрнацыяналісцкай пазіцыі пры абмеркаванні ваеннага пытання. У ліпені увайшоў у рэдакцыю створанай Максімам Горкім газеты «Новае жыццё», з якой супрацоўнічаў з моманту свайго вяртання. Неўзабаве пасля ліпеньскіх дзён быў абвінавачаны Часовым урадам у дзяржаўнай здрадзе і арыштаваны. З 23 ліпеня па 8 жніўня знаходзіўся ў турме «Крыжы»; у гэты час завочна быў абраны адным з ганаровых старшыняў VI з’езда РСДРП(б), на якім міжраёнцы аб’ядналіся з бальшавікамі.