Эсеры участвовали в деятельности Советов всех уровней, особенно сильны их позиции были в Советах крестьянских депутатов. Лидеры эсеров, наряду с меньшевиками, играли ведущую роль в руководстве Петроградского Совета рабочих и солдатских депутатов, Всероссийского центрального исполнительного комитета (ВЦИК) Советов. С мая 1917 г. представители партии входили в состав коалиционного Временного правительства (А. Ф. Керенский, В. М. Чернов, Н. Д. Авксентьев, С. Л. Маслов). Осенью 1917 г. кризис политики Временного правительства привел к потере авторитета и снижению реального влияния ПСР, которая официально поддерживала коалицию с буржуазными партиями.
Эсеровское руководство резко негативно встретило Октябрьский переворот. Фракция ПСР покинула II Всероссийский съезд Советов рабочих и солдатских депутатов, при этом левые эсеры остались на съезде и вошли в новый ВЦИК. 27 октября ЦК ПСР исключил из партии членов, оказавших поддержку большевикам (в ноябре левые эсеры официально оформились в самостоятельную партию). Керенский направил на Петроград 3-й конный корпус генерала П. Н. Краснова (25–29 октября), а образованный по инициативе эсеров антибольшевистский Комитет спасения Родины и революции (А. Р. Гоц и др.) организовал в Петрограде мятеж юнкеров (29 октября). Однако эти и другие попытки свержения советской власти окончились безрезультатно.
На выборах в Учредительное собрание в ноябре 1917 г. эсеры получили 370 мест из общих 767 (48,8%). Вместе с национальными эсеровскими организациями (81 место получили украинские эсеры) и близкими по идеологии группами доля эсеров достигала 60%. Учредительное собрание эсеры считали вершиной изъявления народной воли, решающей легитимной инстанцией. Председателем Учредительного собрания был избран В. М. Чернов, опередивший при голосовании М. А. Спиридонову – кандидатуру большевиков и левых эсеров. На единственном заседании Учредительного собрания эсеры отказались обсуждать «Декларацию прав трудящегося и эксплуатируемого народа», зачитанную председателем ВЦИК Я. М. Свердловым, что ускорило разгон собрания советскими властями.
VIII Совет ПСР (май 1918) постановил начать вооруженную борьбу с большевиками с целью восстановить Учредительное собрание и органы местного самоуправления. Восстание Чехословацкого корпуса предоставило эсерам возможность для установления своей власти в Поволжье, на Урале и в Сибири. В июне 1918 г. в Самаре образовался Комитет членов Учредительного собрания (Комуч) под председательством эсера В. К. Вольского. Эсеры имели большинство в Сибирской областной думе (Томск), которая объявила Сибирь автономной областью и создала Временное Сибирское правительство во главе с эсером П. Я. Дербером. Эсеры преобладали и на Государственном совещании в Уфе (сентябрь 1918), итогом которого стало образование Временного Всероссийского правительства (Уфимской директории) во главе с Н. Д. Авксентьевым.
18 ноября 1918 г. А. В. Колчак произвел военный переворот в Омске, сверг Уфимскую директорию и установил военную диктатуру. Лидеры эсеров были арестованы (Вольский, Чернов и др.), некоторые высланы (Авксентьев, Зензинов). В этих условиях IX Совет ПСР в июне 1919 г. перешел к тактике «третьей силы» (отказ от поддержки и красных, и белых; борьба со всякой диктатурой за подлинное народовластие). Против этой тактики выступили представители крайних течений внутри ПСР. Некоторые правые эсеры пошли на сотрудничество с колчаковским режимом. В свою очередь представители левого крыла в начале 1919 г. подписали соглашение с большевиками о совместных действиях против Колчака и в октябре оформили самостоятельную организацию – Меньшинство партии социалистов-революционеров (Вольский, К. С. Буревой и др.).
В Сибири и на Дальнем Востоке эсеры участвовали в борьбе с колчаковщиной. Они сыграли ведущую роль в создании Политического центра (ноябрь 1919), который в начале 1920 г. провел успешное восстание против Колчака и установил свою власть в Иркутске (в конце января передал ее большевикам). Ссылаясь на необходимость объединения демократии в борьбе с правыми силами и Японией, эсеры вошли в созданное большевиками во Владивостоке коалиционное правительство – Приморскую областную земскую управу (1920), а затем и в правительство Дальневосточной Республики (ДВР).
Часть эсеров Европейской части страны также отдавала приоритет борьбе с белыми. На Украине против сил А. И. Деникина боролись эсеровские организации во главе с Всеукраинским областным комитетом. Направляли силы на борьбу с белыми эсеры, преобладавшие в Комитете освобождения Черноморья и руководившие зелёным движением в этом регионе. На территориях, занятых Польшей и силами П. Н. Врангеля, эсеры вели против их власти «революционную борьбу», включая террор.
С 1920 г. репрессии против эсеров в РСФСР усилились. Летом 1922 г. большевиками был организован показательный судебный процесс над членами ПСР, обвиненными в антисоветской террористической деятельности. В 1925 г., с арестом последнего состава Центрального бюро ПСР, деятельность эсеров в СССР фактически прекратилась. В эмиграции организации и группы эсеров действовали еще несколько десятилетий вплоть до середины 1960-х гг.