Дни накануне восстания были наполнены особенно напряженной работой. Андрей Сергеевич, как и большинство членов ЦК РСДРП(б), спал не более двух-трех часов в сутки, забывая о еде и отдыхе. 20 октября он участвовал в работе заседания Военно-революционного комитета. Побывал в казармах… Потом на заседании Центрального Комитета вместе с другими ленинцами гневно клеймил предательское поведение Каменева и Зиновьева, раскрывших в печати большевистский план вооруженного восстания. На следующий день он с представителями Военно-гарнизонного комитета Петрограда занимался уточнением соотношения вооруженных сил в столице. Оно оказалось явно не в пользу Временного правительства. 22 октября проводился День Петроградского Совета, превратившийся в своеобразный смотр боевых сил революции. На заводах и фабриках, в учреждениях и солдатских казармах проходили собрания и митинги. Рабочие и солдаты с огромным вниманием слушали речи Бубнова, Володарского, Калинина, Коллонтай, Косиора, Луначарского, Свердлова и других большевистских ораторов.
Для непосредственного руководства боевыми действиями по взятию Зимнего был образован специальный боевой орган — полевой штаб. В него входили: В. А. Антонов-Овсеенко, Г. И. Благонравов, А. С. Бубнов, К. С. Еремеев. Н. И. Подвойский и Г. И. Чудновский. Андрей Сергеевич как член Центрального Комитета РСДРП(б) возглавил общее руководство деятельностью штаба.
«…В Смольном Владимир Ильич появился в ночь на 25 октября, — вспоминал А. С. Бубнов позднее. — …Владимир Ильич очень торопил со взятием Зимнего… твердо направлял дело к победе… был оживлен, весел, светился весь изнутри каким-то особенным светом, был непоколебим, уверен и тверд».
В ночь на 26 октября Зимний пал. Временное правительство было арестовано революционными солдатами и матросами под руководством членов полевого штаба.
Сразу после штурма Зимнего Андрей Сергеевич получает новое задание партии. В связи с тем что лидеры профсоюза железнодорожников (Викжеля) заняли антисоветскую позицию и призвали рядовых членов профсоюза к контрреволюционным действиям, А. С. Бубнову поручалось склонить железнодорожников к сотрудничеству с Советской властью. 26 октября Андрей Сергеевич выступил на пленуме Викжеля с разъяснением политики Советской власти и предложил участникам пленума признать решения 2-го съезда Советов. Однако руководство Викжеля отвергло это предложение и встало на путь открытой борьбы с властью трудящихся. Оно потребовало создания коалиционного правительства из представителей всех «советских партий» и смещения В. И. Ленина с поста Председателя Совета Народных Комиссаров. В случае отказа выполнить этот ультиматум Викжель угрожал всеобщей забастовкой на транспорте, что в условиях начавшегося мятежа Керенского — Краснова представляло серьезную опасность.
Капитулянтскую позицию по отношению к ультиматуму Викжеля заняли Каменев и его сторонники. В. И. Ленину и большинству членов Центрального Комитета партии — Бубнову, Дзержинскому, Свердлову, Сталину, Урицкому пришлось вести с ними ожесточенную борьбу. Первый бой капитулянтам был дан 29 октября на заседании Центрального Комитета. В. И. Ленин, поглощенный организацией обороны Петрограда, на заседании не присутствовал. ЦК отверг предложения о вхождении в Совнарком меньшевиков, правых эсеров и других контрреволюционных партий. Вместе с Берзиньш, Дзержинским, Иоффе, Коллонтай, Свердловым, Урицким Бубнов голосовал за линию ленинского ЦК.
Чтобы выбить почву из-под ног Викжеля и стоявших за ним партий эсеров и меньшевиков, а также остановить продвижение войск Краснова к Питеру, нужно было немедленно установить на железных дорогах власть советской администрации.
Утром 29 октября Андрей Сергеевич получил тревожную весть: Краснов занял Балтийский, Финляндский и Варшавский вокзалы. Однако, побывав на всех вокзалах, Бубнов установил, что слухи ложные. В Смольный он сообщил: «Сведения провокационные, но положение на вокзалах сложное. Служащие в основном настроены антисоветски, портят железнодорожные стрелки, не подчиняются советским комиссарам, ждут подхода Краснова».