В августе 1906 года Нестор вступил в Крестьянскую группу анархо-коммунистов, иначе называвшуюся Союзом вольных хлеборобов, действовавшую в Гуляйполе. Уже в октябре 1906 года Махно участвовал в первых экспроприациях. В конце 1906 года его арестовали за незаконное хранение оружия, но вскоре отпустили. А вот 5 октября 1907 года последовал арест по более серьезному обвинению в покушении на жизнь гуляйпольских стражников Захарова и Быкова. На этот раз Нестору пришлось провести несколько месяцев в Александровской уездной тюрьме, откуда его выпустили за недостатком улик. Но вскоре, 26 августа 1908 года, Махно снова был арестован, на этот раз – за убийство чиновника военной управы. Теперь преступление удалось доказать, и 22 марта 1910 года Одесский военно-окружной суд приговорил его к смертной казни через повешение, которая была заменена бессрочной каторгой. В 1911 году Махно был переведен в каторжное отделение Бутырской тюрьмы. Там он познакомился с видным анархистом, активистом Петром Аршиновым. Под его руководством Махно не только постиг основы анархизма, но и изучил историю, математику и литературу. Нестор неоднократно протестовал против тюремного режима, 6 раз заключался в карцер и заразился в тюрьме туберкулезом.
После Февральской революции Махно был досрочно выпущен из тюрьмы и через 3 недели вернулся в Гуляйполе. Его сразу же избрали товарищем председателя волостного земства, а 29 марта 1917 года он стал председателем Гуляйпольского крестьянского союза, преобразованного позднее в Совет рабочих и крестьянских депутатов. Махно сформировал отряд «Черная гвардия», который нападал на поезда, убивал помещиков, промышленников и офицеров. Он требовал немедленных радикальных перемен и прежде всего раздела помещичьих земель. 1 мая 1917 года Махно подписал обращение в Петроград с требованием изгнать из Временного правительства «10 министров-капиталистов». В июне 1917 года по инициативе Махно на предприятиях Гуляйполя установлен рабочий контроль. В июле Нестор разогнал прежний состав земства, провел новые выборы. Его избрали председателем земства, и одновременно Махно объявил себя комиссаром Гуляйпольского района. В августе 1917 года при Гуляйпольском Совете рабочих и крестьянских депутатов создан комитет батраков, боровшийся против местных помещиков. Эту борьбу Махно всячески поддерживал. Тогда же Нестор был избран делегатом губернского съезда Крестьянского союза в Екатеринославе. Летом он возглавил «комитет по спасению революции» и разоружил помещиков и буржуазию. В середине августа 1917 года на районном съезде Советов Махно был избран председателем и призвал крестьян не выполнять распоряжения Временного правительства и Центральной Рады, а также «немедленно отобрать церковную и помещичью землю и организовать по усадьбам свободную сельскохозяйственную коммуну, по возможности с участием в этих коммунах самих помещиков и кулаков». Эти предложения крестьяне охотно приняли. И 25 сентября 1917 года Махно подписал декрет уездного Совета о национализации земли и разделил ее между крестьянами.
Октябрьская революция первоначально больших перемен в жизнь Гуляйполя не внесла. В начале декабря в Екатеринославе Махно участвовал в работе губернского съезда Советов рабочих, крестьянских и солдатских депутатов в качестве делегата от Гуляйпольского Совета. Он поддержал требование большинства делегатов о созыве Всеукраинского съезда Советов и был избран в состав судебной комиссии Александровского ревкома. Она занималась рассмотрением дел лиц, арестованных Советской властью. Но когда начались аресты меньшевиков и эсеров, Махно возмутился действиями судебной комиссии и предложил радикальным образом ее поправить: взорвать городскую тюрьму и освободить арестованных. Выборы же в Учредительное собрание Нестор Иванович считал пустой забавой и напрасной тратой сил и средств. Ревком Гуляйполя его не поддержал, и Нестор вышел из состава ревкома. После захвата Екатеринослава силами Центральной Рады в декабре 1917 года Махно провел чрезвычайный съезд Советов Гуляйпольского района, вынесшего резолюцию с требованием «смерти Центральной Раде» и высказался за вооруженную борьбу с ней. 4 января 1918 года отказался от поста председателя Совета и возглавил Гуляйпольский Ревком, созданный из представителей анархистов, левых эсеров и украинских социалистов-революционеров и выступивший против Центральной Рады.