Московский период жизни Петлюры имел особое значение в становлении его как украинского националиста. Когда началась первая мировая война, украинские газеты и журналы были закрыты по указу государя, деятельность украинских общественных организаций была запрещена.

Петлюра пишет множество жалоб в адрес кадетской партии, упрекая ее в том, что она не защищает права украинцев. Тем не менее, он занимает оборонческие пророссийские позиции, игнорируя большевистскую оценку войны как империалистической и грабительской. Он выступил против львовской группы социал-демократов (Союз освобождения Украины), которая ратовала за победу более «прогрессивной» Австро-Венгрии и за поражение России. Петлюра подчеркивал: «Мы отдали и отдадим государству все, что требуют обстоятельства и потребности бури, которая поднялась и не стихает: своих сыновей, братьев, свою жизнь… украинцы сделают все, чтобы выйти из испытания, они защищают Россию, «сражаясь в рядах войска и действительно проливая кровь за единство государства». Но не следует считать Петлюру патриотом России. Просто он выбрал для себя, как украинского политика, меньшее зло в войне — защиту России.

Но на фронт Петлюра не попадает. Он начинает работать во вспомогательной фронтовой организации «Союз земств и городов». Вскоре он становится председателем главной контрольной комиссии этого союза по западному фронту.

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.