Накануне Первой русской революции 1905-1907 Покровский познакомился и сблизился с социал-демократами Александром Александровичем Богдановым, Анатолием Васильевичем Луначарским, И. И. Скворцовым-Степановым, сплотившимися вокруг журнала «Правда». С 1904 в журнале печатались и статьи Покровского, которые свидетельствовали о переходе историка на твёрдые материалистические позиции: «Идеализм и законы истории: Риккерт Генрих. Границы естественно-научного образования понятий» (1904); «Земский собор и парламент» (1905). Критическая рецензия учёного на первую часть «Курса русской истории» (1904) своего учителя В. О. Ключевского была негативно встречена бывшими сокурсниками Покровского, разделявшими либеральные взгляды их университетского преподавателя.
Покровский обличал русско-японскую войну 1904-1905 и расстрел мирной демонстрации на Кровавое воскресенье, горячо приветствовал Первую русскую революцию. В апреле 1905 он стал членом РСДРП. С начала своего членства в партии присоединился к её большевистскому крылу. Летом 1905 впервые посещал Владимира Ильича Ленина в Женеве. После возвращения из Швейцарии в Москву был избран членом лекторской группы Московского комитета РСДРП. Будучи одним из руководителей лекторской группы Московского комитета, революционного издательства «Колокол» и редакции большевистской газеты «Борьба», вёл активную пропагандистскую работу, выступал на многочисленных митингах и собраниях, печатался в социал-демократической прессе. Совместно со своим студенческим товарищем Николаем Александровичем Рожковым, также выдающимся историком, активно участвовал в декабрьском вооружённом восстании в Москве.
После разгрома декабрьского восстания подвергался аресту. В 1906 был привлечён В. И. Лениным к сотрудничеству в большевистской газете «Пролетарий». В октябре 1906 принимал участие в кампании по выборам депутатов от РСДРП (б) во II Государственную Думу. Делегат 5-го (Лондонского) съезда РСДРП (1907), избран кандидатом в члены ЦК и членом Большевистского центра, а также в состав редакции газеты «Пролетарий».
Скрываясь от полиции, Покровский, член МК РСДРП и сотрудник большевистской газеты «Светоч», в 1907 переехал в Финляндию, а затем эмигрировал во Францию (1909). Примкнув к А. А. Богданову, в 1909 вошёл в группу «Вперёд», объединившую богостроителей, ультиматистов и отзовистов. В конце 1910 порвал с группой «Вперёд» и объявил себя «внефракционным» социал-демократом. Сотрудничал во многих изданиях. В 1913 примкнул к «межрайонцам», группировавшимся вокруг Льва Давидовича Троцкого и пытавшимся примирить большевиков и меньшевиков.
После начала Первой мировой войны выступил «за превращение войны между народами в войну против буржуазии», то есть фактически встал на ленинскую позицию в оценке войны как империалистической. В качестве интернационалиста Покровский вновь сближается с большевиками и активно сотрудничает в большевистских изданиях. В частности, он был издательским редактором книги В. И. Ленина «Империализм как высшая стадия капитализма» (1916).
С 1907 статьи Покровского, посвящённые истории народного хозяйства, внутренней и внешней политики русского царизма, общественного движения, начали активно публиковаться в «Энциклопедическом словаре Гранат», и коллективной 9-томной «Истории России в XIX века», издававшейся братьями Гранат. Однако наиболее плодотворными в научном творчестве ученого стали годы эмиграции. В 1910-1913 в первом издании в московском издательстве «Мир» вышло главное произведение историка - 1-5-й тома «Русской истории с древнейших времён» (при участии Валериана Константиновича Агафонова, Николая Михайловича Никольского, Василия Николаевича Сторожева), ставшей первым систематическим марксистским исследованием истории России от первобытных времен до конца XIX века. В 1915-1918 там же выходит очередной труд Покровского - «Очерк истории русской культуры» в двух частях (1 изд., М., ч. 1-2). В этих произведениях Покровский развивает важную для понимания его исторической концепции теорию «торгового капитализма» как особой формации в русской истории, определением внутренней и внешней политики царского правительства торговым капиталом.
В основе исторического анализа по Покровскому лежит марксистская концепция общественно-экономических формаций. Он был одним из первых историков, рассматривавших историю России материалистически, с точки зрения их чередования. Доказывая, что в основе исторического развития России, как и любой другой страны, лежат социально-экономические процессы (и опровергая традиционное мессианство), Покровский обратился к теме классовой борьбы народных масс. Развенчивая распространённые утверждения о «мирном» характере русском истории, историк акцентировал внимание на внутренних и внешних конфликтах России. Например, он активно обличал завоевательную колонизаторскую политику царской власти. Покровский остро полемизировал с историками, отстаивавшими отжившие идеи о неземледельческом характере Древней Руси, отсутствии в России феодализма, закрепощении государством всех (в том числе привилегированных) сословий. С антинационалистических и антимонархических позиций историк критиковал официальные теории, изображавшие образование русского централизованного государства вокруг Московского княжества как результат «собирания земель русских», идеализации личности и преобразований Петра I.
Находясь в эмиграции, Михаил Покровский вёл пропаганду среди русских солдат во Франции. После Февральской революции 1917 и свержения самодержавия Покровского избирают товарищем (заместителем) председателя исполкома парижского Совета представителей 23 политических и профсоюзных организаций России в эмиграции. Содействовал возвращению на родину эмигрировавших на Запад русских революционеров. С целью «защиты интересов оставшихся вне России политических эмигрантов, добиваясь, прежде всего, ускорения их отправки в Россию», вёл переговоры с Временным правительством, Петроградским Советом и рядом других организаций.
Сам Покровский возвратился в Россию и восстановился в партии большевиков в августе 1917. Избранный депутатом Московского Совета рабочих депутатов, 9 и 23 сентября выступал с докладами о положении русской революционной эмиграции на заседаниях исполкомов Советов рабочих и солдатских депутатов, участвовал в сентябрьском Демократическом совещании. Сыграл важную роль в Октябрьской революции: во время Октябрьского вооружённого восстания в Москве (25 октября - 2 ноября 1917), был членом Замоскворецкого революционного штаба Красной гвардии, комиссаром Московского военно-революционного комитета по иностранным делам и редактором газеты «Известия Московского Совета рабочих депутатов».
Во время Октябрьской революции Покровский разрабатывал проекты постановлений и декретов Московского ВРК (о политике в области печати, по поводу изъятия денег из Государственного банка для зарплаты рабочим и служащим и т. д.), обращение к населению города. Также он подготовил опубликованные в «Известиях Московского ВРК» статьи «Демократический мир», «Европа и вторая революция», «В Москве», «Успехи революционных войск», в которых анализировал ход революционных событий в Москве и международную оценку русской революции. Вечером 27 октября, получив ультиматум командующего Московским военным округом полковника К. И. Рябцева и поняв, что контрреволюционно настроенный гарнизон Московского Кремля готов выступить против сил Красной гвардии, первым высказался на заседании Московского ВРК за необходимость решительных боевых действий.
С 3 по 10 ноября был редактором «Известий Московского ВРК»; 5 ноября Московский ВРК делегировал Покровского в комиссию по установлению взаимоотношений консулов иностранных государств и ВРК, что стало предпосылкой для назначения его комиссаром по иностранным делам. В сам состав Московского ВРК введён 11 ноября. 14 (27) ноября объединённый пленум Московских Советов рабочих депутатов и солдатских депутатов избрал его председателем Моссовета. В ноябре 1917 избран в Учредительное собрание. С ноября 1917 по март 1918 продолжал находиться на посту председателя Московского Совета.