Rilasciato subito dopo la rivoluzione del febbraio 1917, si trovò a dirigere il Partito bolscevico con Stalin e Muranov, in attesa del ritorno in Russia di Lenin, che avvenne il 16 aprile. Lenin modificò radicalmente la tattica bolscevica presentando le sue "Tesi" che furono approvate nella conferenza di Pietrogrado tenutasi dal 7 al 12 maggio, nella quale Kamenev fu eletto al Comitato centrale del Partito. Nello stesso tempo, egli rappresentò i bolscevichi nel Comitato esecutivo del soviet di Pietrogrado e poi nel Comitato esecutivo centrale panrusso dei soviet.