Як голова більшовицької фракції Державної думи Г. Петровський брав участь у Краківській і Поронінській нарадах ЦК партії, був кооптований до складу ЦК РСДРП. Допомагав зміцнювати більшовицькі підпільні організації на місцях. Активно співробітничав у «Правде». З початку Першої світової війни він викривав її імперіалістичні антинародні цілі, пропагуючи лозунги більшовицької партії. В листопаді 1914 року разом з іншими більшовицькими депутатами був заарештований і засуджений на заслання до Східного Сибіру.
Під час Лютневої революції 1917 р. Г. Петровський був головою Комітету громадської безпеки і обласним комісаром Якутії. Надалі провадив партійну роботу в Петрограді. За завданням ЦК РСДРП(б) виїжджав у промислові центри України, викривав політику Тимчасового уряду, угодовство есерів і меншовиків, мобілізуючи робітників на боротьбу за перемогу соціалістичної революції. Як член Катеринославського комітету РСДРП(б) брав участь у боротьбі за встановлення влади Рад у Донбасі.
В листопаді 1917 р. – березні 1919 р. Г. Петровський був народним комісаром внутрішніх справ РСФРР, керував створенням органів Радянської влади на місцях.
У березні 1919 р. на III Всеукраїнському з'їзді Рад Г. Петровський був обраний головою вищого органу Радянської влади в Україні – Всеукраїнського Центрального Виконавчого Комітету Рад (ВУЦВК). На цьому посту він незмінно працював аж до 1938 р. Залишався простим, ввічливим, уважним, доступним, завжди йшов усім назустріч, чим тільки міг, намагався допомогти у всіх питаннях (і державних, і громадських, і особистих), з якими до нього безкінечно зверталися.
Григорій Іванович багато їздив по Україні і скрізь – у містах і селах, на підприємствах і в сільськогосподарських артілях, на новобудовах і в освітніх закладах – незмінно знаходив спільну мову, виявляв компетентність, діловитість. Його високо цінували у найвищих органах партійної і державної влади. Він мав велетенський авторитет, справжню любов у широких масах трударів, які шанобливо називали його «Всеукраїнський староста».
Не одержавши високої освіти, не схильний до теоретичних мудрощів, Г. Петровський за будь-яких обставин залишався вірним ще в юності обраній меті. Він не сумнівався у торжестві справи, якій віддано служив усе життя. Він був справжнім революціонером – романтиком, мрійником, якому бачилися обриси нового, справедливого суспільства. В грізні дні громадянської війни Григорій Іванович переконано заявляв: «Минуть віки, підуть від нас чорні тіні, і залишиться одна чиста ідея, за яку ми закликаємо всіх боротися – за комунізм, за братерство! Вперед, товариші! Хай живе комунізм!»
Г. Петровський зробив вагомий внесок у створення і зміцнення Союзу Радянських Соціалістичних Республік. З моменту народження Союзу (1922 р.) і до 1938 р. Григорій Іванович був заступником голови ЦВК СРСР. Брав активну участь у соціалістичному будівництві.
Як голова Центрального комітету незаможних селян (1920—1933 pp.) Г. Петровський приділяв велику увагу політичній організації незаможного селянства, наданню йому економічної і культурної допомоги. Протягом багатьох років був головою Всеукраїнських добровільних товариств по організації допомоги дітям, по ліквідації неписьменності.
На IX з'їзді РКП(б) у 1920 р. Г. Петровський був обраний кандидатом у члени ЦК, а на X—XVII з'їздах (1921—1934 pp.) обирався членом ЦК партії. З 1926 по 1938 рік він – кандидат у члени Політбюро ЦК ВКП(б). З 1919 по 1938 рік Г. Петровський – член Політбюро ЦК КП(б)У. Починаючи з IV конференції КП(б)У (березень 1920 р.) і до XIII з'їзду партії (травень-червень 1937 р.) Григорію Івановичу незмінно довіряли відкривати форуми вступними промовами, вести перші засідання.
Г. Петровський критично оцінював порушення законності, пов'язані з культом особи Й. Сталіна. Він був незаслужено переведений на нижчі щаблі діяльності.
З 1939 р. він працював заступником директора Музею революції СРСР у Москві. Помер 9 січня 1958 р. Урна з його прахом встановлена у Кремлівській стіні. На честь Г. І. Петровського м. Катеринослав у 1926 р. було перейменовано на Дніпропетровськ.
Праці Г. І. Петровського
Речи тов. Петровського. – X., 1920.
10 лет Октября. – X., 1927.
Детям о прошлом. – М. – Л., 1938.
Великий початок // Спогади старого більшовика. – К., 1969.
Вибрані статті і промови. Вид. 2-е, доп. – К., 1978.