Rzecznik idei „jednolitego rządu socjalistycznego” w koalicji z eserami i mienszewikami, przeciwstawiał się idei zbrojnego powstania. Wkrótce po rewolucji usunięty z KC i czołowych stanowisk, ale później przywrócony. Przez krótki czas po zwycięstwie bolszewików w październiku był przewodniczącym Centralnego Komitetu Wykonawczego, czyli tytularną głową państwa. Ustąpił po kolejnym spięciu z Leninem i zastąpiono go Jakowem Swierdłowem.
W styczniu 1918 roku Lenin wysłał Kamieniewa z delegacją do Londynu, skąd po tygodniu został deportowany. Aresztowany i więziony w Finlandii, po pewnym czasie wymieniony na jeńców fińskich. Po powrocie w 1919 roku został członkiem Politbiura KC, a od 1923 roku wiceprzewodniczącym Rady Komisarzy Ludowych. Od 1918 do 1926 był także przewodniczącym rady miejskiej Moskwy. W 1923 roku wraz z Zinowjewem i Stalinem sprzymierzył się przeciw Trockiemu, pomagając Stalinowi uzyskać nieograniczoną władzę. W roku 1926 Stalin wystąpił przeciwko Kamieniewowi, usuwając go z najwyższych stanowisk: przez pewien czas był ludowym komisarzem handlu, ambasadorem we Włoszech, dyrektorem wydawnictwa.
Do końca życia Stalin toczył z nim grę – skłaniał do współpracy, zmuszał do wygłaszania samokrytyki, obiecywał zachowanie życia.