Після Лютневої революції з великими труднощами через Шанхай повернувся до Росії. Прибувши з Владивостока до Петрограда, за погодженням з ЦК РСДРП(б), поїхав на початку липня 1917 р. до Харкова, де відразу був введений до складу комітету більшовиків, 10—12 липня брав участь в обласній конференції РСДРП(б) Південно-Західного краю (Київ), 13—15 липня – в обласній конференції більшовиків Донецького і Криворізького басейнів (Катеринослав). На цій конференції Ф. Сергеева обрали членом обласного комітету РСДРП(б), а на його першому засіданні – секретарем обкому партії. Брав участь як делегат від Харківської організації в роботі VI з'їзду РСДРП(б) і був обраний членом Центрального Комітету партії.
На момент безпосереднього вирішення питання про владу Рад в Україні Ф. Сергеев став одним з найвпливовіших більшовицьких діячів регіону, мав незаперечний авторитет у Донецькому і Криворізькому басейнах. Партійні організації цього регіону займали дедалі осібнішу позицію щодо загальноукраїнських проблем, виношували плани вичленення Донецько-Криворізького басейну зі складу України і приєднання його до Радянської Росії. Не в останню чергу з цієї причини по суті безрезультатними виявились зусилля більшовиків Південно-Західного краю щодо створення на початку грудня 1917 р. крайового (загальноукраїнського) об'єднання, єдиного партійного центру.
Щодо І Всеукраїнського з'їзду Рад і сформованих ним органів влади Української радянської республіки Ф. Сергеев зайняв подвійну позицію. З одного боку, саме він запросив більшовиків і представників деяких інших лівих політичних течій переїхати до Харкова з Києва, де спроба проведення ними з'їзду Рад завершилася невдачею. В той час в Харкові проходив III з'їзд Рад Донецько-Криворізької області і делегати, що прибули з Києва, об'єдналися з делегатами обласного зібрання, конституювалися як І Всеукраїнський з'їзд Рад робітничих і солдатських депутатів.
З іншого боку, з'їзд Донецько-Криворізької області розглядався прибічниками Ф. Сергеева як представницький орган, спроможний розв'язати таке питання, як відокремлення Донецького і Криворізького басейнів від України, протиставлення цього регіону Українській Народній Республіці, що кваліфікувалася буржуазною, контрреволюційною.
І Всеукраїнський з'їзд Рад (11—12 грудня 1917 р.) проголосив Україну радянською республікою, заявив про повалення влади Центральної Ради, про встановлення федеративних зв'язків Радянської України з Радянською Росією, обрав Центральний Виконавчий Комітет Рад (ВУЦВК), а останній виділив зі свого складу Народний Секретаріат – перший радянський уряд України.
Отже, участь Ф. Сергеева та інших делегатів III Донецько-Криворізького радянського з'їзду сприяла успіхові І Всеукраїнського з'їзду Рад, утворенню Української Радянської держави. Тому третину обраного на ньому ВУЦВК Рад становили представники Рад Донецько-Криворізької області, а кілька з них, у тому числі Ф. Сергеев, також увійшли до складу Народного Секретаріату.
Проте, всупереч цим рішенням, І Всеукраїнський з'їзд Рад за наполяганням делегатів від Донецько-Криворізького району додатково до порядку денного обговорив питання «Про Донецько-Криворізький басейн». У рішенні з цього питання сказано: «Всеукраїнський з'їзд Рад робітничих і солдатських депутатів протестує проти злочинної імперіалістичної політики керівників козацької та української буржуазних республік, які намагаються поділити між собою Донецький басейн, і буде добиватися єдності Донецького басейну в межах Радянської республіки».
Текст резолюції напевне готувався як документ III з'їзду Рад Донецько-Криворізької області. Але він був дещо відредагований, бо приймався на іншому форумі – І Всеукраїнському з'їзді Рад. На змісті документа позначилися ідеї, які Ф. Сергеев активно пропагував у Харкові в листопаді 1917 p., готуючись до обласного з'їзду Рад: Донбас розглядався не як частина України, а як частина Російської республіки. Однак резолюція маскувала поняття «Російська республіка» словами «Радянська республіка».
Очевидно, документ став компромісом між двома групами делегатів. Представники Донецько-Криворізької області на чолі з Ф. Сергєєвим погодилися на спільне проведення Всеукраїнського з'їзду Рад, а делегати, що прибули з Києва, визнали за ними «право» «добиватися єдності Донецького басейну в межах Радянської республіки».