ימים אחדים אחרי בואו לרוסיה, מונה רוטנברג על ידי קרנסקי לסגן המושל של עיר הבירה פטרוגראד, וב-21 באוקטובר (3 בנובמבר) שימש גם בוועדה עליונה בת שלושה חברים שהופקדה על שמירת החוק והסדר בעיר. רוטנברג הנהיג יד קשה בדיכוי המבקשים למוטט את המשטר החדש והיו ידיעות על כך שמספר ימים לפני פרוץ המהפכה הבולשביקית, הציע לקרנסקי לאסור את לנין וטרוצקי ולתלות אותם, בעוון חתרנות וניסיון לפגוע בשלום המהפכה, אך קרנסקי סרב. לאחר המהפכה נאסר על ידי הבולשביקים ונכלא במשך שישה חודשים במבצר פטרופבלובסקיה. הוא שוחרר בעקבות בקשתם של מקסים גורקי ואלכסנדרה קולונטאי.