Осенью того же года выехал в Париж, где познакомился с Лениным. Вернувшись в Россию в 1903, готовил забастовку железнодорожников в Тифлисе. По свидетельству В. Таратуты, приводимому Л. Троцким, на Кавказской областной конференции в Тифлисе в ноябре 1904 года «Каменева выбрали в качестве разъездного по всей стране агитатора и пропагандиста за созыв нового съезда партии, причём ему же было поручено объезжать комитеты всей страны и связаться с нашими заграничными центрами того времени». По утверждению Л. Троцкого, Каменев от Кавказа вошёл в состав Бюро комитетов большинства. Вёл пропаганду среди рабочих в Москве. Арестован и выслан в Тифлис под гласный надзор полиции. На V съезде РСДРП в 1907 г. Каменев был избран в Центральный комитет РСДРП и одновременно вошёл в состав сепаратного «большевистского центра», созданного фракцией большевиков.