Петровскому удалось установить постоянную связь с социал-демократическим кружком на Березовском руднике, созданном в 1902 году опытным революционером Артемом, а также с подпольщиками Вознесенского рудника. Они обменивались нелегальной литературой, переправляли прокламации на другие шахты, устраивали совместные совещания.
Григорий Петровский поддерживал связи и с екатеринославскими социал-демократами, получал от них нужную литературу. Нередко книги и брошюры привозила жена, приезжая навестить Петровского. Она же сообщала ему о новостях, передавала информацию от екатеринославских комитетчиков. Григорий, конечно, очень волновался в ожидании очередного приезда жены: ведь она подвергала себя большой опасности в случае ареста и обыска. Но Домне все сходило с рук. Должно быть, шпики, держащие под наблюдением Петровского, не могли даже представить себе, чтобы такая милая, с кроткими голубыми глазами молодая женщина, мать двоих малых детей, очевидно любящая своего мужа, занималась бы чем-либо преступным вроде перевозки запрещенной литературы и тем самым накликала бы еще раз беду на голову мужа.
Больше года занимался Григорий Петровский революционной работой на шахтах Донбасса. В августе 1903 года его опять арестовали и посадили в тюрьму.
Царская охранка бросила все силы на то, чтобы обезглавить пролетарские массы. Как стало известно позднее, начальник особого отдела департамента полиции Зубатов приказал разыскать и арестовать всех членов Екатеринославского комитета РСДРП, а также партийных активистов.
Аресты сильно подорвали революционную деятельность социал-демократов на шахтах и заводах.
Григорий Петровский сидел в бахмутской (ныне Артемьевск), а потом луганской тюрьмах. Выпустили его оттуда спустя шесть месяцев после ареста, так что известие о II съезде РСДРП и расколе в партии застало его в тюремной камере. Об этом ему сообщил там же Моргенштейн, член партии, который попал за решетку позднее Петровского и знал подробности о съездовской дискуссии. Стало известно, что против Ленина, защищая мартовскую формулировку первого параграфа устава партии, выступал и Троцкий. Он призывал делегатов съезда отказаться от ленинской идеи диктатуры пролетариата, как от якобы нереального, неосуществимого дела.
Естественно, столь тревожные и опасные для судьбы партии события, весть о которых проникла за стены луганской тюрьмы, взволновали заключенных социал-демократов. Завязался спор. Петровский с горячностью убеждал тех, кто склонялся на сторону Мартова, что без твердых ленинских организационных и идейных принципов партия будет бессильна в схватке с такими грозными врагами, как царизм и буржуазия.
Среди политзаключенных не оказалось единства в этом вопросе. Кое-кто принял сторону мартовцев, тем самым зачислив себя в лагерь меньшевиков.
Большая часть политических заключенных, в том числе и Петровский, поддержала идеи Ленина.
Так, еще сидя в тюрьме и пока лишенный возможности агитировать или голосовать открыто за большевизм, Григорий Петровский фактически стал большевиком-ленинцем.
Из луганской тюрьмы Петровский был освобожден как раз под рождество, в канун 1904 года. И опять трудно было найти работу. Моргенштейн, также выпущенный в эти дни на свободу, свел его с подпольщиками Луганска, познакомил с К. Е. Ворошиловым. Товарищи пытались устроить Петровского на какой-нибудь завод в Луганске или Юзовке, но его, как политически неблагонадежного, нигде не брали. Выручили опять екатеринославцы, с которыми переписывался Петровский. С большим, правда, трудом им все же удалось устроить его на трубный завод Шодуара фрезеровщиком. Здесь Григорий Иванович работал до мая 1905 года, а затем перешел опять на Брянский завод, где когда-то, как ему казалось, уже очень давно, а на самом деле всего несколько лет назад, он впервые познал, что такое рабочий класс и что такое борьба за народ.
Придя после долгого отсутствия на очередное заседание подпольного комитета РСДРП, Петровский не увидел среди знакомых людей многих товарищей. Они были арестованы и высланы кто куда. Тех, с кем он начинал, можно было сосчитать на пальцах одной руки. Комитет сильно поредел, были новенькие, к которым еще следовало присмотреться.
И все-таки, несмотря на арест наиболее опытных подпольщиков, екатеринославский партийный центр продолжал работать. Петровскому рассказали о том, как ведется агитация на заводах, какие созданы новые пропагандистские кружки, кто возглавляет подпольные группы. Комитет при активном участии Петровского сделал еще одно важное дело: сразу после объявления войны с Японией выпустил в феврале и мае 1904 года две листовки с обращением к рабочим. Листовки разоблачали истинные цели царизма в войне и призывали рабочих покончить с этой захватнической войной путем всеобщего вооруженного восстания. Таким образом, Екатеринославский комитет РСДРП показал себя в эти дни политически зрелым и зорким, держащим ленинскую партийную линию.