В сентябре 1915 года он вторично избран в Государственный совет по торгово-промышленной курии, участвовал он и в деятельности Прогрессивного блока. Во время Февральской революции Гучков был председателем Военной комиссии Временного комитета Государственной думы, затем становится комиссаром Временного комитета по Военному министерству.
Отречение последнего Романова
В последние месяцы существования монархии Александр Гучков являлся автором и организатором дворцового переворота, целью которого было, используя связи с рядом военачальников, заставить Николая II отречься от престола (отречение последнего в пользу наследника-цесаревича Алексея при регентстве великого князя Михаила Александровича). Фактически, в первые дни марта 1917 года его план и был осуществлён, главными действующими лицами были сам Гучков, генералы Алексеев и Рузский.
2 марта 1917 года А. И. Гучков вместе с В. В. Шульгиным приехали в Псков, где находился Николай II. 2 марта 1917 года Николай II подписал Манифест об отречении от престола в пользу своего младшего брата Михаила. Депутаты Думы Гучков и Шульгин привезли Манифест в Петроград, однако на следующий день популярный в армии Михаил Романов отрёкся от престола в пользу Учредительного собрания. Те же депутаты Думы Гучков и Шульгин пообещали Михаилу передать «всю до последней капли крови» власть Учредительному собранию. Так в стране закончилось 300- летнее правление династии Романовых, Россия отказалась от самодержавия.
2 марта было сформировано Временное правительство, председатель и министр внутренних дел стал князь Г. Е. Львов, министр иностранных дел – кадет П. Н. Милюков, военный и морской министр – октябрист А. И. Гучков, министр торговли и промышленности – прогрессист А. И. Коновалов. Портфель министра юстиции получил эсер А. Ф. Керенский. Формально его главной задачей было созыв Учредительного собрания, тогда же созданное 13 марта Особое совещание по подготовке закона о выборах в Учредительное собрание начало работу 25 мая, а закончило работу в начале сентября 1917 года. В это совещание входили кадет Ф. Кокошкин (председатель), от большевиков – П. Красиков.
В марте – мае 1917 года Александр Гучков был военным и морским министром в первом составе Временного правительства, выступал на стороне продолжения войны. По его инициативе прошла масштабная чистка командного состава, в ходе которой в отставку увольнялись как неспособные генералы, так и требовательные к подчинённым военачальники. Александр Гучков старался выдвигать на командные посты сравнительно молодых, энергичных генералов, инициировал отмену национальных, религиозных, сословных и политических ограничений при производстве в офицеры. Гучков узаконил некоторые положения принятого Петроградским Советом рабочих и солдатских депутатов «Приказа №1», подорвавшего дисциплину в армии, выступал против деятельности солдатских комитетов в армии, но был вынужден согласиться на их легитимацию.
В период с марта по июль 1917 года в Петрограде сложилось двоевластие. С одной стороны, действовало Временное правительство, с другой – Петроградский Совет. В период хаоса революции общество было в состоянии агонии, буржуазия (4 миллиона человек) пыталась сохранить свою собственность, крестьянство (130 миллионов) требовало землю, рабочий класс (18 миллионов) боролся за свои права. Особую силу обрела армия (15 миллионов), которая была против войны.
Временное правительство обещало ввести политические свободы, амнистию, запретить дискриминацию и смертную казнь, подготовить выборы в Учредительное собрание. В апреле 1917 года П. Н. Милюков обратился к союзным державам с заверением о решимости страны довести войну до победного конца. Массовые митинги и демонстрации требовали убрать из правительства Милюкова и Гучкова. В апреле 1917 года Гучков из-за неспособности противостоять анархии и разложению армии принял решение подать в отставку; официально покинул Временное правительство в мае, вместе с П. Н. Милюковым. Деятельность Гучкова на посту министра разочаровала многих современников, видевших в нём сильную личность и надеявшихся на то, что ему удастся сохранить боеспособность армии.
После отставки с поста министра Гучков вновь возглавил Центральный военно-промышленный комитет. Посол Франции в России Морис Палеолог писал, что «отставка Гучкова знаменует ни больше, ни меньше, как банкротство Временного правительства и русского либерализма. В скором времени Керенский будет неограниченным властителем России… в ожидании Ленина». В новое коалиционное правительство вошли 6 меньшевиков и эсеров. Новый взрыв недовольства состоялся в июне 1917 года и был связан с подготовкой наступления на фронте.