После начала Первой мировой войны выступил «за превращение войны между народами в войну против буржуазии», то есть фактически встал на ленинскую позицию в оценке войны как империалистической. В качестве интернационалиста Покровский вновь сближается с большевиками и активно сотрудничает в большевистских изданиях. В частности, он был издательским редактором книги В. И. Ленина «Империализм как высшая стадия капитализма» (1916).

С 1907 статьи Покровского, посвящённые истории народного хозяйства, внутренней и внешней политики русского царизма, общественного движения, начали активно публиковаться в «Энциклопедическом словаре Гранат», и коллективной 9-томной «Истории России в XIX века», издававшейся братьями Гранат. Однако наиболее плодотворными в научном творчестве ученого стали годы эмиграции. В 1910-1913 в первом издании в московском издательстве «Мир» вышло главное произведение историка - 1-5-й тома «Русской истории с древнейших времён» (при участии Валериана Константиновича Агафонова, Николая Михайловича Никольского, Василия Николаевича Сторожева), ставшей первым систематическим марксистским исследованием истории России от первобытных времен до конца XIX века. В 1915-1918 там же выходит очередной труд Покровского - «Очерк истории русской культуры» в двух частях (1 изд., М., ч. 1-2). В этих произведениях Покровский развивает важную для понимания его исторической концепции теорию «торгового капитализма» как особой формации в русской истории, определением внутренней и внешней политики царского правительства торговым капиталом.

В основе исторического анализа по Покровскому лежит марксистская концепция общественно-экономических формаций. Он был одним из первых историков, рассматривавших историю России материалистически, с точки зрения их чередования. Доказывая, что в основе исторического развития России, как и любой другой страны, лежат социально-экономические процессы (и опровергая традиционное мессианство), Покровский обратился к теме классовой борьбы народных масс. Развенчивая распространённые утверждения о «мирном» характере русском истории, историк акцентировал внимание на внутренних и внешних конфликтах России. Например, он активно обличал завоевательную колонизаторскую политику царской власти. Покровский остро полемизировал с историками, отстаивавшими отжившие идеи о неземледельческом характере Древней Руси, отсутствии в России феодализма, закрепощении государством всех (в том числе привилегированных) сословий. С антинационалистических и антимонархических позиций историк критиковал официальные теории, изображавшие образование русского централизованного государства вокруг Московского княжества как результат «собирания земель русских», идеализации личности и преобразований Петра I.

Находясь в эмиграции, Михаил Покровский вёл пропаганду среди русских солдат во Франции. После Февральской революции 1917 и свержения самодержавия Покровского избирают товарищем (заместителем) председателя исполкома парижского Совета представителей 23 политических и профсоюзных организаций России в эмиграции. Содействовал возвращению на родину эмигрировавших на Запад русских революционеров. С целью «защиты интересов оставшихся вне России политических эмигрантов, добиваясь, прежде всего, ускорения их отправки в Россию», вёл переговоры с Временным правительством, Петроградским Советом и рядом других организаций.

Сам Покровский возвратился в Россию и восстановился в партии большевиков в августе 1917. Избранный депутатом Московского Совета рабочих депутатов, 9 и 23 сентября выступал с докладами о положении русской революционной эмиграции на заседаниях исполкомов Советов рабочих и солдатских депутатов, участвовал в сентябрьском Демократическом совещании. Сыграл важную роль в Октябрьской революции: во время Октябрьского вооружённого восстания в Москве (25 октября - 2 ноября 1917), был членом Замоскворецкого революционного штаба Красной гвардии, комиссаром Московского военно-революционного комитета по иностранным делам и редактором газеты «Известия Московского Совета рабочих депутатов».

Во время Октябрьской революции Покровский разрабатывал проекты постановлений и декретов Московского ВРК (о политике в области печати, по поводу изъятия денег из Государственного банка для зарплаты рабочим и служащим и т. д.), обращение к населению города. Также он подготовил опубликованные в «Известиях Московского ВРК» статьи «Демократический мир», «Европа и вторая революция», «В Москве», «Успехи революционных войск», в которых анализировал ход революционных событий в Москве и международную оценку русской революции. Вечером 27 октября, получив ультиматум командующего Московским военным округом полковника К. И. Рябцева и поняв, что контрреволюционно настроенный гарнизон Московского Кремля готов выступить против сил Красной гвардии, первым высказался на заседании Московского ВРК за необходимость решительных боевых действий.

С 3 по 10 ноября был редактором «Известий Московского ВРК»; 5 ноября Московский ВРК делегировал Покровского в комиссию по установлению взаимоотношений консулов иностранных государств и ВРК, что стало предпосылкой для назначения его комиссаром по иностранным делам. В сам состав Московского ВРК введён 11 ноября. 14 (27) ноября объединённый пленум Московских Советов рабочих депутатов и солдатских депутатов избрал его председателем Моссовета. В ноябре 1917 избран в Учредительное собрание. С ноября 1917 по март 1918 продолжал находиться на посту председателя Московского Совета.

3 декабря 1917 Л. Д. Троцкий специальной телеграммой вызвал Покровского в Брест-Литовск для участия в делегации РСФСР на мирных переговорах. До 29 января 1918 Покровский работал в подкомиссиях по политическим, экономическим и правовым вопросам. Некоторое время был солидарен с группой возглавляемых Николаем Ивановичем Бухариным «левых коммунистов», выступавших против подписания Брестского мирного договора с Центральными державами.

Хотя Покровский считал, что без всеевропейской социалистической революции Советское государство не сможет устоять перед агрессией империалистических государств, у него всё же оставались сомнения насчёт ближайшего успеха революции в Западной Европе, поэтому требовал укрепление обороноспособности страны. Выступая за продолжение революционной войны с Германией и Австро-Венгрией и против подписания мира на германских условиях, Покровский крайне негативно оценивал заявление Троцкого о выходе Советского правительства из войны и роспуске армии: «Я не стал разбираться, чего тут больше, наивности или трусости (было достаточно и того и другого), но тоже с откровенностью заявил, что этого я во всяком случае не подпишу». В ночь с 4 на 5 марта выступил на Московской партийной конференции с отстаивавшим платформу «левых коммунистов» содокладом, в котором утверждал, что революция погибнет в случае заключения мира, но также призвал к устранению раскола. Позиция Покровского была отвергнута большинством делегатов конференции, поддержавшим ленинские предложения. Подписание мирного договора было расценено Покровским как «морально ужасное до невероятных пределов».

С образованием 11 марта 1918 Совнаркома Москвы и Московской области Покровский стал его председателем и пребывал на этом посту до мая 1918. Поскольку компетенция всероссийских правительственных и московских исполнительных органов перекрывались, во избежание конфликтов Московский СНК был упразднён 20 мая 1918. Покровский был введён в состав правительства и назначен заместителем наркома просвещения РСФСР. В дальнейшем он продолжался на этой должности до конца жизни (1932), совмещая эту работу с научно-преподавательской деятельностью в качестве профессора Московского государственного университета и некоторых других учебных заведений. В Совнаркоме Покровский отвечал за сферу науки и высшего образования.