1914年8月に始まった第一次世界大戦は帝国主義戦争と規定。交戦国のいずれも帝国主義国であり、支持すべきでない、という立場を取った。第二インターナショナルを形成していた各国の社会民主党がそれぞれ自国政府を支持したのとは逆に、革命を容易にするという観点から自国政府の敗北を主張した（革命的祖国敗北主義 ）。この考え方を表したボリシェヴィキのスローガンが「帝国主義戦争を内乱へ転化せよ」である。
1916年には『帝国主義論』で帝国主義戦争の経済的基礎を分析し、資本主義は自由競争の段階から独占の段階へと転化したこと、列強諸国による植民地の奪い合いが激しくなっていることなどを指摘した。また、帝国主義を資本主義の最高の発展段階、社会主義革命の準備段階と歴史的に位置づけた。
1917年2月にロシアで二月革命が勃発し、臨時政府が成立すると、レーニンはドイツ政府との協定によって封印列車でペトログラードに戻り『四月テーゼ』を公表。二月革命をブルジョア革命と規定し、プロレタリアートと貧農への権力移行を主張した。7月に兵士たちの武装デモが鎮圧され、ボリシェヴィキに対する弾圧が強まったためフィンランドへ逃れたが、その後8月に右派のラーヴル・コルニーロフ将軍の反乱が起こると臨時政府の側に立った。反乱との闘争を通じてボリシェヴィキが支持を急速に拡大し、ソビエトで多数派を占めることができたため、即時武装蜂起を主張。ボリシェヴィキ内部の慎重派を押し切って十月革命を実現させた。
彼が十月革命の直前に書き、革命直後に出版したのが『国家と革命』である。国家を階級支配の機関とみる国家観に立ち、議会選挙を通じた平和的な権力移行を否定し、既存の国家機構は奪取するだけでなく粉砕しなければならない、と主張して暴力革命論を復権させた。
権力の奪取10月革命でペトログラードの群集を前に演説するレーニン
1917年11月7日、レーニンはペトログラード労働者・兵士代表ソヴィエト軍事革命委員会の名で声明を発表し、「臨時政府は打倒された。国家権力は、ペトログラード労働者・兵士代表ソヴィエトの機関?ペトログラードのプロレタリアートおよび守備隊の先頭に立つ軍事革命委員会?の手にうつった」と宣言した。翌日、全ロシア労働者・兵士代表ソヴィエト第二回大会において「平和についての布告」を発表し、第一次世界大戦の全ての交戦国に無併合・無賠償の講和を提議。同時に「土地についての布告」で地主の土地の没収を発表した。同大会では臨時政府として人民委員会議が設立され、レーニンは初代人民委員会議議長に選ばれた。
一方、ソヴィエト政府は政権発足と同時にブルジョア新聞を閉鎖し、12月20日には秘密警察として反革命・投機・サボタージュ取締り非常委員会(全露非常委員会・ ⇒БЧК チェーカー)を創設して反政府派の弾圧を始めた。翌年1月19日にはボリシェヴィキ自身が開催を求めていたはずの憲法制定会議を開会直後に解散させた。
無併合・無賠償の講和は全ての交戦国に拒否されたが、ドイツとの講和交渉が1917年12月に始まり、ドイツは広範な領土の併合と多額の賠償金を要求した。レーニンはこの要求を受け入れることを主張した。ニコライ・ブハーリンのような強硬派のボリシェヴィキ指導者はドイツで革命を誘発する手段として戦争の継続を主張した。講和交渉を担当したレフ・トロツキーは中間の立場に立った。講和交渉の決裂後ドイツがロシア国内に侵入を始め、ソヴィエト政府は国土の西部地域の多くを失った。その結果レーニンの主張は多くの支持を得、最終的に不利な条件で1918年3月にブレスト・リトフスク条約に署名することとなった。しかしこの結果、当時ボリシェヴィキと連立政権を組んでいた社会革命党左派（左翼エスエル）は政権から離脱し、同年7月6日、駐露ドイツ大使ヴィルヘルム・ミルバッハ伯爵暗殺を皮切りに反ボリシェヴィキ蜂起を起こす。
戦争から手を引いたソヴィエト政権は首都をモスクワに遷都、ボリシェヴィキはその名をロシア共産党と改め、7月に開催した第5回全ロシア・ソヴィエト会議においてソヴィエト憲法を制定。左翼エスエル蜂起を受け共産党以外の政党を禁止した。
1918年8月30日、レーニンが会合での演説を終え自動車に乗ろうとしたとき、3発の銃声と共にレーニンは倒れた。そのうちの二発が彼の肩と肺に命中した。レーニンは自分のアパートへ運ばれ、他の暗殺者の存在を恐れ病院への搬送を拒絶した。医者が呼び出されたが銃弾の摘出は危険すぎたので手術は行われなかった。レーニンの容態はどうにか回復したものの、その健康状態はこのときから傾き始めた模様で、この暗殺未遂による負傷が、死因となった脳梗塞に大きく影響したと考えられている。
なお、この時現場にいたエスエル党員ファーニャ・カプランが逮捕され、即決裁判の後処刑されたが、彼女は既に失明同然だったことなどから、犯人は別人だった可能性が高い。いずれにしても、この事件はミルバッハ暗殺と合わせて右翼エスエルを弾圧する口実ともなった。
また、「報復」と称して事件とは無関係の512人もの旧貴族や政治家、軍人が、ただ帝政派であるという理由だけで逮捕、処刑された(→赤色テロ)。
第二インターナショナルは加盟する社会民主主義政党が第一次世界大戦においてそれぞれ自国政府を支持したために瓦解した。再建も試みられたが、ボリシェヴィキは独自に1919年にコミンテルンを創設した。レーニンは社会民主主義政党とのどんな協力も拒否する共産主義政党を「『左翼』小児病」と呼んで批判するとともに、社会民主主義政党が旧来のイデオロギーを捨てずにコミンテルンに加盟しようとする動きを警戒してコミンテルンの加入条件を厳格化した。また、1920年のコミンテルン第二回大会に対して「民族・植民地問題に関するテーゼ」を執筆し、従属民族や植民地の解放と共産主義革命の結合を図った。
革命後の列強による干渉戦争や内戦により、ボリシェヴィキ政権は戦時体制を強いられた（戦時共産主義）。企業は国有化され、農民からは余剰穀物が徴発された。内戦終了後、レーニンは新経済政策(ネップ)と呼ばれる新しい政策を打ちだした。余剰穀物の徴発に代えて食糧税を導入し、税を納めた後の残りは市場で自由に処分することを認めた。一定の範囲内で私的商業も認めた。レーニンはこれを労農同盟の再建として解説する一方、ロシアの現状では資本主義も一歩前進だと主張した。
レーニンは少年時代には既に、権力と癒着し腐敗していたロシア正教会に幻滅、そして自身がマルクス主義的無神論者であったこともあり正教会を反革命の温床とし、資産を強引に供出させたりしていたが、1922年3月にイヴァノヴォ州シューヤで教会財産接収に反対するデモが暴徒化し、死者が出たことに激怒。
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