Восемнадцатого октября Каменев и Зиновьев опубликовали в газете «Новая жизнь» заметку «Ю. Каменев о «выступлении», в которой сообщили о решении, принятом ЦК партии большевиков и своем несогласии с ним. Это привело Ленина в ярость. Он назвал их штрейкбрехерами, написал гневные письма в ЦК с требованием исключить Каменева и Зиновьева из партии, но ЦК его не поддержал. Было принято, однако, решение о запрете Каменеву и Зиновьеву впредь выступать в печати против решений ЦК и линии партии. Описывая эту ситуацию, Антонов-Овсеенко вспоминал, что, когда он читал заметку в «Новой жизни», у него «в глазах зарябило от негодования». «Удар в спину», «дезорганизаторский акт» — так Антонов оценивал заявление оппозиционеров. «Предупрежденный враг начал лихорадочно готовиться», — заключал он.
В сентябре — октябре 1917 года Антонов-Овсеенко мотался между Питером и Финляндией. Участвовал во II съезде моряков Балтфлота, входил в состав Организационного комитета и Исполкома съезда Советов Северной области, участвовал в работе I конференции военных организаций РСДРП(б) Северного фронта.
Девятого октября на пленуме Исполкома Петросовета меньшевики предложили создать Комитет революционной обороны Петрограда, который должен был бы оказывать содействие войскам. Но, как вспоминал Антонов, эту идею большевики «повернули против ее авторов». По их предложению был создан Военно-революционный комитет при Исполкоме Петроградского совета рабочих и солдатских депутатов. Формально он должен был выполнять функции организатора обороны города и позиционировал себя как «многопартийный орган Петросовета» — в его состав входили большевики, левые эсеры и анархисты.
Однако, как писал Антонов, «меньшевики уразумели, куда клонится дело»:
«— Ведь это штаб для захвата власти! Пусть большевики прямо и честно скажут, готовят ли они выступление…
— На какой предмет вы все это спрашиваете? Для сведения охранки, что ли? — резко обрывает их председатель совета… — В Военно-революционном комитете могут участвовать все советские партии. Заговора нет». «Председатель совета» — это, конечно, Троцкий, один из инициаторов создания ВРК, но Антонов-Овсеенко и здесь его дипломатически не упомянул. Упоминал, впрочем, в других местах, но почти всегда негативно. Например, в предисловии к своим мемуарам он писал: «В ВРК мы чувствовали Троцкого не как организующее начало, но как преимущественно тормозящее, сдерживающее начало, чуждое ленинскому руководству…» Это было, конечно, не так. Например, заседание ВРК 21 октября началось настолько энергичным выступлением Троцкого, что даже газета «Голос солдата», которая отражала взгляды меньшевиков и эсеров, отмечала, что после речи Троцкого «собравшиеся были так наэлектризованы», что требовали немедленной передачи власти Советам, а все другие мнения встречали криками «Долой!». Именно Троцкий был автором принятой в тот же день декларации о том, что военный гарнизон Петрограда более не подчиняется штабу Петроградского военного округа, а признает руководство ВРК. Временное правительство лишилось опоры в войсках. Комиссары ВРК были направлены в воинские части и на боевые корабли. Приказы военного командования могли выполняться лишь в том случае, если их подтверждал ВРК. 21 октября председателем ВРК был избран левый эсер Павел Лазимир, его заместителем стал большевик Николай Подвойский, секретарем — Антонов-Овсеенко. По сути Комитет и стал организатором и координатором вооруженного восстания в Петрограде — «мотором революции», как называл его сам Антонов. Разместился ВРК на третьем этаже бывшего Смольного института благородных девиц. С августа 1917 года там же, в Смольном, находился Петроградский совет. Там, по весьма пафосному выражению Антонова-Овсеенко, «скрещивались тысячи воль, надежд, призывов со всей страны».