В организации харьковских эсеров Николай вскоре занял видное место, став членом нелегального губкома партии. Руководящими работниками в организации были такие видные эсеры, как В. А. Карелин, А. Л. Колегаев, В. А. Агласов. Активное участие молодого борца с царизмом в организации подпольных кружков и типографий не осталось незамеченным властями. 6 января 1915 г. Алексеев был арестован за связь с эсеровской организацией. Следствие шло почти год. Военный суд в декабре 1915 г. весьма высоко оценил деятельность революционера, присудив ему по ст. 102, ч. 1 четыре года каторжных работ. Благодаря тому, что арест произошёл, когда Алексееву два месяца как исполнился 21 год (возраст совершеннолетия в царской России), основные эпизоды его преступной деятельности относились к периоду, когда подсудимый был не вполне правоспособным и правоответственным. Вероятно, в связи с этим каторжные работы эсеру были тут же заменены на четырёхлетнюю ссылку в большое с. Тулун Иркутской губернии. В Сибири Алексеев пробыл недолго — Февральская революция не только освободила его, но и предоставила широкие возможности для политической карьеры.
Карьера эта началась ещё в царской армии, куда его мобилизовали в начале 1917 г. Прослужив несколько недель, он был избран товарищем председателя полкового комитета 35-го запасного полка. Эта была первая ступенька. Вернувшийся из Сибири Алексеев в течение немногих месяцев стремительно выдвинулся в число видных политиков. Демобилизовавшись, он с мая 1917 г. приступил к работе в Харьковском губкоме партии левых эсеров-интернационалистов. Сначала Николай был избран зампредседателя Совета крестьянских депутатов в Харькове, а уже в июне стал членом президиума 1-го Всероссийского съезда Советов в Петрограде. В августе Алексеев входит в инициативную группу по созыву Совещания общественных деятелей в Москве, но этот опыт политического компромисса из-за противодействия большевиков оказался неудачным: М. В. Родзянко, П. П. Рябушинский и В. А. Маклаков плохо сочетались с радикальными социалистами, хотя меньшевики и эсеры были за коалицию с более умеренными партиями.
От Харьковского округа член так называемого Предпарламента Алексеев вскоре прошёл в депутаты Учредительного собрания, в котором, кстати, нашлось место заметному количеству будущих создателей карательной системы: от Ф. Э. Дзержинского и его заместителя в ВЧК-ГПУ И. С. Уншлихта, одного из палачей царской семьи наркомвнудела А. Г. Белобородова и председателя Петрочека М. С. Урицкого до начальников особых отделов фронтов И. А. Апетера и К. И. Ландера. Причём Апетер и Алексеев на закате своей чекистской карьеры стали столпами лагерной системы: первый работал начальником Соловецкой тюрьмы, второй — помощником начальника ГУЛАГа.