В 1900 году он вступил в Революционную украинскую партию (РУП). В декабре 1903 года его арестовали как члена Черноморского Вольного общества (Кубанская организация РУП), но в марте 1904 года был освобожден «на поруки».
Перед революцией 1905–1907 годов Петлюра работал на Кубани в экспедиции по исследованию степных областей. В январе 1906 года — делегат Украинской социал-демократической рабочей партии (УСДРП, бывшей РУП) на съезде галицийской Украинской социал-демократической партии (УСДП).
Значительная часть жизни Симона Петлюры в межреволюционные годы (1907–1917 годы) протекала в Петербурге и Москве. Здесь он работал бухгалтером в страховом обществе «Россия» и по совместительству с 1912 года подрабатывал в издательстве журнала «Украинская жизнь», публикуя биографические справки об украинских деятелях. Одновременно участвовал в работе украинских националистических кружков «Кобзарь» и «Громада».
Когда началась Первая мировая война, Симон Петлюра поступил на работу в благотворительную организацию «Всероссийский союз земств и городов», которая активно сотрудничала с правительством Российской империи и специализировалась на бытовым обслуживание действующей армии. Там он сделал стремительную карьеру — с 1915 года председатель Главной контрольной комиссии, в 1916 — марте 1917 года — заместитель уполномоченного Союза на Западном фронте. Новые должности не только были престижны, но и давали ему возможность материально обеспечить семью, а также пристойно одеться в полувоенную форму, которой он гордился как «военный деятель». Тогда же он продемонстрировал свою лояльность Российской империи.
В 1914 году в журнале «Украинская жизнь» опубликовал воззвание «Война и украинцы», в котором опровергал мнение о будто бы «австрийской ориентации» украинцев России, указывал, что украинцы «выполнят долг граждан России в это тяжелое время до конца…», призывал государственные и военные круги к «толерантному отношению к украинскому населению Австро-Венгрии» как части национального украинского целого, связанного с Россией».
В Минске в апреле 1917 года Петлюра был избран председателем Украинского Совета войск Западного фронта. 4–5 апреля 1917 года участвовал в работе конференции УСДРП, которая постановила поддержать Временное правительство, принцип федеративного устройства Российской Республики и подтвердила требование партии об автономии Украины, как первой, неотложной, актуальной задаче… пролетариата и всей Украины».
Украинским Советом Западного фронта Симон Петлюра был делегирован на 1-й Украинский военный съезд, который 18–21 мая 1917 года проходил в Киеве. Съезд создал Генеральный военный комитет при Центральной раде, который возглавил Симон Петлюра, и принял постановление о сохранении фронта и провозгласил немедленную украинизацию армии по национально-территориальному принципу.
О том, как готовил себя Симон Петлюра к будущей государственно-политической деятельности, поведал один из его бывших соратников — Исаак Мазепа. Последний знал Петлюру с 1906 года, а познакомился с ним в Петербурге, на собраниях местной организации украинской социал-демократической партии.
«В то время в Петербурге выходил социал-демократический ежемесячник «Вільна Україна», одним из редакторов которого был Петлюра. Припоминаю, на страницах «Вільної України» Петлюра вел в основном обзор внутренней жизни и литературную хронику. Как член украинского клуба в Петербурге он там же выступал с рефератами почти исключительно на темы об украинской литературе, театре и т. п. Вообще из разговоров с ним при различных встречах сначала в Петербурге, а потом в 1907 году в Киеве во время II съезда украинской социал-демократической партии, в котором я участвовал как делегат от петербургской организации, я наблюдал, что в то время он больше интересовался вопросами литературы и искусства. В вопросах социалистической теории, политических и экономических он уступал многим другим членам партии».
Вот такого военного министра получила в 1917 году независимая Украина.
Зато после прихода в Центральную раду Петлюра заявил о своей готовности отстаивать ее политические принципы, иными словами, он был за федерацию с Россией, пока у власти находилось буржуазное Временное правительство, и стал сепаратистом — «самостийником», когда в результате Октябрьского переворота власть перешла к Советам.
Когда 28 июня 1917 года Центральная рада создала исполнительный орган — Генеральный Секретариат, Петлюра был назначен Генеральным секретарем по военным делам, но Временное правительство этот пост не утвердило. Петлюра, как и другие лидеры УСДРП, определявшие военную политику Центральной рады, видел в регулярной армии орудие господства буржуазных классов. Деятельность Петлюры не шла дальше украинизации частей в Российской армии, так как он опасался углубить противоречия между Киевом и Москвой, что могло отрицательно сказаться на провозглашении автономии Украины и способствовать «разрыву единого революционного фронта». Симон Петлюра был избран даже членом Учредительного Собрания.