1907年4月下旬，以梯弗里斯代表身份参加了在伦敦召开的俄国社会民主工党第五次代表大会，尽量弥合布孟两派的分歧，维持党的统一。8月，参加了第二国际斯图加特代表大会。1912年1月召开了俄国社会民主工党第六次（布拉格）全俄代表会议，决定把孟什维克取消派开除出党，从此布尔什维克成为一个独立的政党。此时的托洛茨基在革命的十字街头似乎无所适从。
一战期间
一战爆发后，反对列宁提出的“变现代帝国主义战争为国内战争”、“使本国政府在帝国主义战争中失败”的策略口号。1915年9月，出席了齐美尔瓦尔德代表会议，他坚持国际主义，主张革命反对战争。
1914—1916年，托洛茨基在巴黎逗留了两年，1916年9月，托洛茨基的《我们的言论报》被法国当局查封，托洛茨基本人被驱逐出法国，赴西班牙，接着又被西班牙当局押送上船赴美国，1917年1月到纽约，在那里遇到了布哈林，他马上加入布哈林等人在美国主编的《新世界报》编辑部。他还活跃在纽约和费城一带，到处演讲，做革命鼓动工作。2月底，俄国国内爆发革命的消息传到了纽约，托洛茨基更是活跃，急忙办理回国手续。
1917年俄国二月革命还在进行时，托洛茨基就采取了最激进的不断革命立场（反对资产阶级临时政府、主张把革命推向建立无产阶级专政），并匆忙启程由美国辗转回国以参与革命。3月27日，途中遭英国政府非法逮捕于加拿大某集中营里（英国政府视托洛茨基等俄国流亡者为极端危险的人物），后遭到（在苏维埃的巨大压力下）俄国临时政府的强烈抗议而获释放。托洛茨基5月17日返抵彼得格勒（此前一个月，列宁已回到俄国），当即发表演说鼓吹将革命立即向社会主义方向发展，当即被推为彼得格拉苏维埃执委之一。至此，托洛茨基充分发挥出其政治潜能，在革命运动中叱咤风云，“个人品格大放异彩”。他已经可以不把普列汉诺夫之流看在眼内了，其在革命群众中的威望，连列宁也稍逊一筹。卢那察尔斯基说：“在托洛茨基令人眼花缭乱的成功的影响下，在他的人格魅力的影响下，不少接近托洛茨基的人都有认为他是俄国革命的头号领袖的倾向。”1917年7月，托洛茨基因其不断革命的主张与鼓动被克伦斯基资产阶级临时政府逮捕。
十月革命
回到俄国后，参加了"区联派"的国际主义小组。区联派原是1913年11月在彼得堡成立的中派组织（主要阶级成分是彼得堡工业区的四千多产业工人）。1917年5月，鉴于区联派基本上采取了同护国派断绝关系的立场，列宁主张同他们联合，6月，资产阶级政府以"德国间谍"罪名将托洛茨基逮捕入狱。在同年7月布尔什维克召开的第六次代表大会上作出决议，托洛茨基和整个区联派与布尔什维克统一合并，在狱中被选为中央委员。1917年9月初，获释出狱，托洛茨基率领“区联派”与列宁派联合，并再次被工人推举为彼得格勒苏维埃主席。这时彼得格勒已转向布尔什维克。10月10日，在列宁主持下举行了具有历史意义的中央会议，当时，托洛茨基是很少数支持发动十月革命的领导人之一。他虽投票赞同起义，却主张要苏维埃第二次代表大会来决定夺取政权的问题。
十月革命前夕，托洛茨基对工人代表议会中的质询做了巧妙答复（托洛茨基说他“代表苏维埃”宣布没有任何武装行动的决定，但他作为布尔什维克党的中央委员当然没有义务承认党中央的机密决定；苏维埃作为工人民主政治机关的决议是公开的，而党中央有权保留机密决定；但托洛茨基不止于此，他补充说道“如果事变的进程迫使苏维埃决定武装行动，那时工人和士兵一定会像一个人似的站出来响应苏维埃的号召。”）。这样的答复——既保守了即将起义的军事秘密，又鼓舞了革命者的战斗意志，同时严格遵循现代民主与公开原则，这些政治答复被波兰人多伊彻誉为“外交辞令的杰作”（详见伊·多伊彻的托氏传记《先知三部曲：武装的先知》第9章第335页，第11章第390页）。
对于十月革命这场20世纪最重大的社会革命，托洛茨基赢得了不朽的历史地位。后来成了托洛茨基死敌的斯大林，当时作为革命组织领导者之一却写道：“起义的一切实际组织工作是在彼得格勒苏维埃主席托洛茨基同志直接指挥之下完成的。我们可以确切地说，卫戍部队之迅速站在苏维埃方面来，革命军事委员会的工作之所以搞得这样好，党认为这首先要归功于托洛茨基同志。”（值得一提的是，若干年后，当反托成为政治需要时，此类评价都从斯大林文章中删掉了。）甚至连后来狂热的斯大林派雅克·沙杜尔，当时却也写道：“托洛茨基在十月起义中居支配地位，是起义的钢铁灵魂。”（苏汉诺夫《革命札记》第6卷第76页。）不仅在起义中，而且在无产阶级政权的捍卫、巩固方面和国际共产主义革命方面，托洛茨基也作出了极其卓越的贡献（外交官、苏联国际革命政策负责人、苏联红军以及共产国际的缔造者）。 在欧美共运中托洛茨基的威望极高。
布列斯特条约
1917年12月3日，谈判开始，德国提出了把波兰、立陶宛、爱沙尼亚的局部和拉脱维亚、白俄罗斯的全部割让给德国并赔款30亿卢布的苛刻条件，这引起布尔什维克党内严重的分歧。列宁主张接受德国的条件，签订和约，为新生政权争得喘息机会，季维诺也夫、索柯里尼柯夫、斯大林、阿尔乔姆、斯塔索娃、斯维尔德洛夫等六名中央委员支持列宁；布哈林为代表的“左派共产主义者”反对签订和约，主张对帝国主义继续世界大战，中央委员布勃诺夫、乌里茨基、洛莫夫支持布哈林；托洛茨基则主张停战，复员军队，但不与德国签约（即不战不和），中央委员克列斯廷斯基、捷尔任斯基、越飞支持托洛茨基。
1918年1月2日，苏俄政府召开中央和地方负责人会议。60人出席的会议上，赞成布哈林主张的32人，赞成托洛茨基主张的16人，赞成列宁主张的仅15人。列宁的主张终因处于少数，未能被通过。
1918年1月24日，苏俄政府召开中央会议，重新表决签约的问题。托洛茨基的主张以9票对7票的多数通过，列宁的主张仍然没有被多数所接受。
1月30日，布列斯特谈判恢复。作为外交人民委员、谈判代表团团长，托洛茨基临行前与列宁约定：如果德国下了最后通牒就让步签约。结果德国果然向苏俄下了最后通牒，托洛茨基向列宁电报询问对策，列宁立即复电坚持：接受德国条件，立即签约。但是托洛茨基没有接受列宁的建议，而是发表了拒绝签约的声明，率团离开布列斯特。结果，德国开始对苏俄大举进攻。
2月18日，在十分紧急的情况下，苏俄中央委员会举行了的紧急会议。会上，列宁的主张又被以6:7的票数否决。随后，中央又连夜开会，经过激烈的争论，托洛茨基转而支持列宁，会议结果以7票赞成、5票反对、1票弃权的结果通过了列宁的提案。苏俄政府连夜通知德国方面，同意签约。
但是，德国在得到通知后任没有停止进攻，提出更加苛刻的条件。苏俄党中央又召开有15名委员参加的紧急会议。会议中，大多数委员表示不赞成列宁的主张。列宁只得提出，如果这种空谈继续下去，他就要辞职，退出政府和中央委员会。布哈林对此毫不在乎，斯大林也未发生动摇。托洛茨基不同意列宁的意见，但为了防止列宁辞职和党的分裂，他的态度发生变化。在他的影响下，出现了4票弃权。结果列宁的主张以7票赞成、4票弃权、4票反对获得通过。
2月24日，苏俄政府重新派出了谈判代表团与德国进行谈判。
3月3日，《布列斯特条约》正式签订。按照和约，波兰、立陶宛、乌克兰、白俄罗斯和爱沙尼亚的部分地区上百万平方公里的土地被德军占领；俄军应完全复员；苏俄要向德国支付赔款60亿马克等。但苏俄成功地退出了第一次世界大战，为刚刚诞生的苏维埃政权争取了喘息的时间。1918年11月13日苏俄政府利用德国在一战中的失败，又宣告废除此条约。 …
