Po rewolucji lutowej i obaleniu caratu w 1917 wrócił do Rosji. Został szefem organizacji partyjnej bolszewików w Piotrogrodzie. Po nieudanej próbie bolszewickiego zamachu stanu w lipcu 1917 ukrywał się, podobnie jak Lenin. W październiku 1917 był jednym z dwóch członków Komitetu Centralnego SDPRR(b) (obok Lwa Kamieniewa), którzy głosowali przeciw zbrojnemu przejęciu władzy przez bolszewików, co więcej swój sprzeciw wyrazili publicznie w gazecie wydawanej przez Maksyma Gorkiego. Zinowiew i Kamieniew opowiadali się wówczas za utworzeniem rządu koalicyjnego rosyjskich partii socjalistycznych: socjaldemokratów (bolszewików i mienszewików) i eserowców.
W 1918 stanął po stronie Lenina w sprawie zawarcia pokoju brzeskiego; przewodniczący Rady Delegatów Robotniczych w Piotrogrodzie, domagał się wzmożenia „czerwonego terroru”. W latach 1919–1926 Zinowjew był przewodniczącym Komitetu Wykonawczego Kominternu. Głosił hasło rewolucji światowej i postulował o jak najszybsze przeniesienie rewolucji na inne kraje, widząc w kapitalizmie zagrożenie dla ZSRR. Jednocześnie przeciwstawiał się wtedy współpracy z partiami socjaldemokratycznymi, które określał mianem „socjalfaszystowskich”.