1910 р. М. Василенко вступив до Конституційно-демократичної партії. Водночас він належав і до міжпартійного об'єднання – Товариства українських поступовців, яке мало багато рис політичної партії і врешті-решт у червні 1917 р. перетворилося на Українську партію соціалістів-федералістів.
1910 р. склав іспити на магістра російської історії при Київському університеті; 1911 р. йому присвоєно звання приват-доцента. Протягом кількох років М. Василенко читав лекції в університеті, але у січні 1913 р. його звинуватили в «українському сепаратизмі», прихильності до ідей М. Грушевського, і він був змушений відмовитись від викладацької діяльності. Засоби до існування йому дала адвокатська практика. 1914 р. М. Василенко став присяжним повіреним при Одеській судовій палаті, де провів майже 150 справ. 1916 р. був призначений захисником при канцелярії 12-го кримінального відділення Київського окружного суду.
З початком революції становище М. Василенка змінилося. 24 березня 1917 р. Тимчасовий уряд призначив його куратором Київської шкільної округи (до неї входили Київська, Чернігівська, Полтавська, Вінницька і Подільська губернії), а 19 серпня 1917 р. – товаришем (заступником) міністра освіти по відділу вищої школи Тимчасового уряду. Він був прихильником еволюційного шляху формування української системи народної освіти, що розходилося з політикою українізації освіти, виробленою І та II Всеукраїнськими учительськими з'їздами та здійснюваною генеральним секретарством освіти.
Після Жовтневого перевороту М. Василенко повернувся з Петрограда в Україну. Цілком віддався науково-педагогічній діяльності, був обраний професором в кількох вищих школах Києва, читав історію України та історію українського права на Вищих жіночих курсах, в Українському народному університеті та інших навчальних закладах. Він не брав активної участі в політичному житті під час правління Центральної Ради, хоча у січні 1918 р. був обраний як юрист за фахом до Генерального Суду Української Народної Республіки.
За гетьмана П. Скоропадського М. Василенко повернувся до політичного життя. У день перевороту він був запрошений до складу уряду, а 30 квітня П. Скоропадський доручив йому формування кабінету. Гетьман цінував М. Василенка за широку ерудицію, інтелігентність, високу працездатність, особливо ж – ґрунтовне знання української проблеми, помірковане ставлення до росіян, їхньої культури. Правда, глава Української Держави зазначав, що Миколі Прокоповичу «були притаманні всі якості й недоліки наших професорів». І все ж гетьман вважав, що «мати такого міністра народної освіти все ж була знахідка». Використавши свої зв'язки, М. Василенкові вдалося залучити в уряд досить авторитетних на той час діячів, сформувати першу гетьманську Раду Міністрів. Проголовувавши на двох перших засіданнях уряду 2 і 3 травня 1918 p., М. Василенко передав прем'єрські обов'язки Ф. Лизогубу, а за собою залишив посаду міністра освіти (з другої половини червня – міністра освіти та мистецтв) та за сумісництвом (до 21 травня) міністра закордонних справ.
Приступаючи до виконання обов'язків міністра освіти, М. Василенко на початку травня 1918 р. подав гетьманові «доповідну записку», де зазначив умови, на яких він погоджувався прийняти цей пост. У записці висувались вимоги: заснувати 4 українські університети, українізувати всі типи шкіл, заснувати Академію наук, національні бібліотеки, архів, музей та театр. Значну частину цього плану Миколі Прокоповичу вдалося втілити в життя. Були започатковані Українська національна бібліотека та два державних університети в Києві і Кам'янці-Подільському, відкрито 50 нових українських загальноосвітніх шкіл, вжито заходів до організації в нижчих школах навчання українською мовою тощо. Але на особливу увагу заслуговує участь М. Василенка у заснуванні Української академії наук (УАН). Тут він продовжив підготовчу роботу, проведену Науковим товариством ім. Т. Шевченка у Львові (НТШ) і Українським науковим товариством у Києві (УНТ), які очолював М. Грушевський. З ініціативи М. Василенка до Києва було запрошено В. Вернадського. За два місяці (з травня по червень) вони зібрали три комісії: по створенню національної української бібліотеки світового зразка, по вчених установах та вищій школі, по розробці законопроекту про заснування Української академії наук.