Członek Konwentu We wrześniu 1792 Billaud-Varenne został wybrany deputowanym Paryża do Konwentu Narodowego. Już na pierwszym posiedzeniu zaproponował przejście całej Francji na kalendarz republikański, nad którym osobiście nadzorował prace. Był jednym z aktywniejszych orędowników szybkiego osądzenia i stracenia Ludwika XVI, a następnie ostro atakował Żyrondystów. W czerwcu 1793 r. przedstawił w klubie jakobinów program obrony rewolucji, w którym domagał się podniesienia progresji podatkowej, zaostrzenia policyjnego nadzoru nad społeczeństwem, stworzenia armii rewolucyjnej oraz stałego kontrolowania jej oficerów przez komisarzy politycznych. Niektóre z tych postulatów zostały wprowadzone w życie w następnych miesiącach. We wrześniu 1793 r. Billaud-Varenne, pod wyraźnym naciskiem sankiulotów wszedł razem z Collotem d'Herbois do Komitetu Ocalenia Publicznego. Tym samym część jego ultrarewolucyjnych postulatów mogła zostać zrealizowana. Brał udział w dyskusji nad ostatecznym kształtem i uprawnieniami Trybunału Rewolucyjnego, przyczynił się do przeprowadzenia procesu i egzekucji Marii Antoniny. Do kwietnia 1794 r. popierał Robespierre'a, prześcigając go jeszcze w terrorystycznym radykalizmie. Z zadowoleniem przyjął przegłosowanie dekretu o podejrzanych i prawa prairiala, tzw.