В октябре 1917 года стал членом редакционной коллегии газеты «Солдатская правда», также являлся комиссаром Самарского революционного комитета на железнодорожном телеграфе. После установления в Самаре советской власти, произошедшего без вооружённого восстания, был избран председателем губернского совета фабрично-заводских комитетов. Как ответственный за телеграф первым в Самаре услышал телеграмму Ленина «». В 1918 году во время брестских переговоров примыкал к «левым коммунистам», занимался агитацией среди молодёжи, вёл занятия по политической экономии в молодёжной группе при губкоме. 21 мая того же года назначен на пост комиссара труда по Самарской и Симбирской губерниям. В том же месяце принял участие в работе II Всероссийского съезда комиссаров труда в Москве, где впервые увидел В. И. Ленина, с которым впоследствии встречался несколько раз. Активно вмешивался в дела владельцев частных предприятий Самары, в результате чего те стали в массовом порядке приостанавливать свою деятельность и увольнять рабочих. Участвовал в боях с белочехами при занятии ими Самары 5—8 июня 1918 года, после эвакуации большей части губкома в Симбирск ушёл в подполье, в котором продержался все четыре месяца власти учредиловцев, поддерживая письменную связь с комитетом партии. Мать Милонова в то время держала небольшую кондитерскую в Самаре, которая использовалась как место явки подпольщиков.