Helmikuun vallankumouksen jälkeen Bubnov toimi bolševikkipuolueen Moskovan aluebyroon jäsenenä, tuli valituksi puolueen keskuskomiteaan ja politbyroohoon. Hän osallistui lokakuun vallankumoukseen Pietarissa ja työskenteli kansalaissodan aikana Ukrainan neuvostohallituksen ja kommunistipuolueen johdossa. Vuonna 1921 Bubnov oli tukahduttamassa Kronstadtin kapinaa. Vuosina 1921–1922 hän toimi Pohjois-Kaukasian sotilaspiirin vallankumousneuvoston jäsenenä ja vuosina 1922–1923 VKP(b):n keskuskomitean agitproposaston johtajana.