Троцкий стал одним из главных организаторов Октябрьского переворота в Петрограде, до прихода Ленина в Смольный единолично руководил восстанием через Военно-революционный комитет, созданный при Петроградском Совете. Он выступал против союза с левыми меньшевиками и эсерами, создания «однородного правительства», чем поддержал Ленина в критический момент. Тогда Троцкий так отозвался о меньшевиках и эсерах: «Все они просто сор, который будет сметен в сорную корзину истории!»
В первые дни Октября Троцкий возглавил наркомат иностранных дел, стал великолепным аппаратчиком. Возглавляя советскую делегацию на мирных переговорах с Германией и Австро-Венгрией в Бресте, он всячески стремился затянуть эти переговоры. После предъявленного Германией ультиматума заявил, что советское правительство не заключит мира, но и не будет продолжать войну и демобилизует всю армию. Это «капитулянтское» заявление подтолкнуло войска германского блока к наступлению в Прибалтике и Украине. Но когда немецкие войска подошли к Петрограду, Троцкий сложил с себя полномочия наркома иностранных дел, поддержал подписание «позорного» мира, но в то же время он – автор обращения к народу, начинавшегося со слов: «Социалистическое отечество в опасности!»
В марте 1918 года Троцкий назначен наркомом по военным делам и председателем Высшего военного совета (с сентября 1918-го – Реввоенсовет). Годы Гражданской войны – звездный час Троцкого. Он – создатель могучей Красной армии, которая к ноябрю 1920-го разбила армии всех белых генералов (Колчака, Юденича, Миллера, Врангеля). Победа в Гражданской войне упрочила положение Троцкого, который теперь – второй вождь революции после Ленина. Ленин в 1918–1920 годах полностью ему доверяет и видит в нем своего преемника, в то время как «старые большевики» считали Троцкого «новым Наполеоном», который с помощью армии вполне может стать единоличным диктатором.
Троцкий участвовал в разработке и реализации важнейших операций Красной армии, в формировании ее командного состава. Деникин сравнивал его с надсмотрщиком за состоявшей из бывших царских генералов арестантской артелью. Троцкий привлек к службе в Красной армии царских генералов и офицеров, ввел в армии железную дисциплину. Дисциплина эта держалась на страхе, комиссарском контроле и массовых расстрелах «дрогнувших» и отказавшихся повиноваться красноармейцев. Троцкий не только ратовал за беспощадный «красный террор», но и сам командовал массовыми расстрелами и карательными операциями против непокорных деревень. В то же время он умел находить общий язык с бойцами, воодушевлять на подвиги.
Троцкий предлагал ЦК партии начать в 1920 году поход в Индию для «экспорта» революции в Азию и борьбы с Англией. Наступление на Варшаву летом 1920 года рассматривалось им как начало мировой революции, долгожданный «поход в Европу».
В 1920 году он предлагает ввести в стране продналог вместо продразверстки, но к его предложению прислушались только весной 1921-го. В 1920–1922 годах Троцкий лоббировал идею принудительного труда и его милитаризации, создания трудовых армий. Став наркомом путей сообщения, он восстановил железные дороги, правда, применяя массовые расстрелы и аресты. В конце 1920 года Троцкий ввязался в дискуссию о профсоюзах, в которой выступил против Ленина. В итоге на X съезде партии сторонники Троцкого не были избраны в ЦК.
В 1922 году уже тяжело больной Ленин вновь рассматривает Троцкого как лучшую кандидатуру в преемники. В своем политическом завещании вождь революции назвал его «самым способным человеком». В 1922 году город Гатчина переименован в Троцкий, портреты Льва Давидовича висели почти в каждом кабинете, на книжных лотках появились брошюры, где его называли «экстрактом революции» и ее «душой». Но Троцкий тогда отказался от предложенного Лениным поста заместителя, что было его роковой ошибкой.
В 1923 году он еще надеется на мировую революцию и пытается инициировать ее в Германии. Но провал всех революционных попыток в Европе ударил по его престижу в СССР. После смерти Ленина Троцкий имел все основания претендовать на его пост, тем более, что за ним стояла победоносная Красная армия и большинство местных партийных организаций. Но во время похорон Ленина Троцкий заболел и оказался на лечении в Сухуми. Он был лишен возможности участвовать в дележе власти. В неприязни к Троцкому объединились многие члены Политбюро. В январе 1924-го XIII партконференция осудила позицию Троцкого как «прямой отход от ленинизма».
В письмах в ЦК и в своих статьях в «Правде» Троцкий выступил против «секретарского бюрократизма» и триумвирата Зиновьев – Каменев – Сталин, который постепенно оттирал Троцкого от власти.