Вероятно, здесь впервые пробудились военные наклонности Петлюры. После февральской революции он возглавил как «фронтовик» Украинский фронтовой комитет и в этом качестве вошел в руководство националистического движения на Украине.
Затяжная империалистическая война, и особенно февральская революция, активизировали все революционные, а на национальных окраинах — националистические тенденции. На Украине развивалось массовое национальное движение. Поскольку Украина занимала большую территорию и имела многочисленное население, то движение национально-освободительного характера стало проблемой для общероссийских правительств — сначала Временного, а затем ленинско-большевистского.
4 марта 1917 г. в Киеве была создана на базе всех социалистических партий и организаций Центральная Рада в составе 815 человек. Рада не была легитимно избранным парламентом, но по своим функциям приближалась к нему. Председателем Рады стал известный профессор истории, один из руководителей украинских эсеров М. С. Грушевский, заместителями и — крупный писатель-демократ В. К. Винниченко и С. А. Ефремов, иностранными делами заведовал известный шовинист В. Шульгин, секретарем генерального секретариата по военным делам назначили рвущегося к диктаторской власти Петлюра. Социалисты стали главной силой новых органов, в то время как буржуазные партии отходили на второй план. Винниченко так объяснял это явление: «Мы все, руководящие украинские партии, были не социалистами, а только демократами, республиканцами. Но массы верили больше всего социалистам, а вследствие этого люди, всю жизнь прожившие как добрые и спокойные буржуа, которые никогда не допускали никакой революции ни в какой области буржуазной жизни, вынуждены были назвать себя социалистами, поскольку они хотели принимать активное участие в политической и национальной революции, иначе массы и их слушать не стали бы».
Став военным министром Украины, Петлюра начинает пропагандистскую работу по формированию украинской армии и приступает к созданию отрядов гайдамаков и «вольных казаков». Призванное в российскую армию украинское крестьянство, естественно, стало благодатной почвой для пропаганды украинского национализма, чем и воспользовались петлюровцы. К осени было сформировано при поддержке командующего Юго-Западным фронтом Володченко около 10 дивизий, так называемых «украинизированных» частей.
Петлюра не был мастером глубоких теоретических дискуссий. Его коньком был митинг. Он полностью самовыражался именно в публичном эмоциональном выступлении. Это был украинский Керенский. Он умел зажигать массы своими демагогическими и популистскими заявлениями и призывами, наполненными, надо признать, искренним националистическим чувством. Он активно использует образы национально-освободительной борьбы времен Богдана Хмельницкого, опыт действий запорожского казачества. 2 мая 1917 года в Киеве был созван I Украинский воинский съезд. На этом съезде Петлюра своими речами «а-ля Керенский» произвел неизгладимое впечатление и стал душой съезда. По настоянию Петлюры, делегаты приняли резолюцию о немедленном введении автономии Украины, о создании украинской армии, но они оказалась нелегитимными и не были учтены российским Временным правительством, которое было слишком занято кризисом власти в Петрограде. Максимум на что шло Временное правительство — это культурно-национальная автономия.
В июне 1917 года состоялся II съезд, который выдвинул требования Временному правительству, названные «1 универсал» и «2 универсал». В них говорилось о самостоятельности Украины и содержались исторические ссылки на государственные акты XVII века — золотой век гетманской украинской государственности. Естественно, что Центральное правительство в Петрограде их отвергло. С целью урегулирования конфликта в июне в Киев прибыли министры Церетели, Терещенко, Некрасов, которые на месте все-таки признали Генеральный секретариат Центральной Рады руководящим органом в системе власти Временного правительства, без указания на автономию.
Идеи федерализма настойчиво пробивали себе дорогу, и Петлюра становится их сторонником. Выступая на съезде народов и областей России в Киеве в сентябре 1917 г., он требует от Временного правительства объявления России федеративной республикой. Взгляды Петлюры становятся все радикальнее, все националистичнее. В то же время Петлюра дает согласие на использование солдат чехословацкого и польского корпусов для подавления революционных выступлений крестьянства, что выглядит довольно странно на фоне лозунгов о самоопределении Украины.
Петлюра ведет активную политическую деятельность по подготовке к провозглашению независимости Украины. Надо сказать, что на Украине в это время УСДРП пользовалась преобладающим влиянием, ее представители входили во все советы и Центральную Раду. На выборах в учредительное собрание на Украине за представителей УСДРП проголосовало свыше 50 %, в то время как большевики получили только 10 %. Вождь большевиков Ленин вынужден был подчеркнуть, что «игнорировать значение национального вопроса на Украине, чем часто грешат великороссы… значит совершать глубокую и опасную ошибку».
24 сентября Генеральный секретарит Центральной Рады объявил о вступлении в прямое управление краем, что вызвало резкое недовольство правительства, которое даже решило привлечь Раду к уголовной ответственности. Но само Временное правительство на глазах слабело и 25 октября 1917 года было свергнуто в результате большевистского переворота, положившего начало социалистической революции в масштабе всей России. Этим немедленно воспользовался Петлюра. К описываемому времени он с разрешения Ставки Духонина сформировал так называемые украинизированные воинские части. Хотя Центральную Раду и ее секретаря по военным вопросам Петлюру поддержало не более 25 % личного состава Юго-Западного фронта, это позволило начать реализацию его идеи-фикс — создания независимого украинского государства. В обращении к армии он указал, что воззвания новых петроградских властей исполнению не подлежат. 7 (20) ноября был провозглашен «3 универсал». В этом документе Центральная Рада провозгласила Украинскую Народную республику, повторив дословно идеи декретов советской власти о мире, о земле, о контроле над производством и распределением, но смягчила формулировки и не указала источников, откуда эти идеи были заимствованы.
На Украине создается чисто украинская армия под желто-голубыми знаменами, с казачьими названиями и символами, в чем принимает участие и Петлюра. Он уже ощущает себя полководцем. Центральная Рада вступила в активную борьбу против советской власти под лозунгами «самостийности и незалежности». 29 октября 1917 г. по призыву большевиков началось вооруженное восстание против Временного правительства, которое закончилось победой, однако в этот момент Центральная Рада силами петлюровцев взяла под свой контроль ситуацию на Украине. При этом она сохранила аппарат, созданный при царизме и Временном правительстве.
Проведенное на Украине разоружение ряда красногвардейских и других революционных частей вызвало обострение отношений с Россией. Большевистский вождь В. И. Ленин в начале декабря 1917 г. от имени Совнаркома Советской России обратился с манифестом к украинскому народу и с ультимативными требованиями к Украинской Раде. Он заявил о безусловном признании Украинской республики и ее законного права отделиться от России. Однако, приведя факт разоружения красногвардейских частей, Ленин указал, что будет считать Раду в состоянии открытой войны против советской власти, если не получит удовлетворительного ответа на поставленные вопросы. Ленин, конечно, лукавил, так как красногвардейские части были ориентированы на свершение соответствующих политических преобразований и естественного присоединения Украины к советской России. Понимая это, Винниченко и Петлюра дали ответ 4 декабря, в котором заявили, что Советское правительство на самом деле покушается на право наций на самоопределение, навязывает Украине Советы, которые принесли России анархию и всеобщий развал. По этой причине они и отправили в Россию «анархически настроенных великорусских солдат». Далее петлюровцы заявили, что не будут пропускать советские войска для борьбы с Калединым и т. д. На Всеукраинском съезде Советов Петлюра и его сторонники развернули шовинистическую пропаганду в духе этого ответа Ленину. Стремясь лишить Раду возможности спекулировать национальной идеей, большевистское правительство воспользовалось посредничеством эсеров для завоевания симпатий украинского населения. На Украину выехала делегация II Всероссийского крестьянского съезда во главе с Прошьяиом, который провел с петлюровцами переговоры. Согласовав условия мирного договора, Прошьян настоял на принятии их СНК. Однако Рада отказалась продолжить переговоры на выработанных условиях.