По возвращении в Россию при открытии Думы 1 ноября Милюков произнес свою знаменитую речь, в которой решительной критике подверг правительство Штюрмера, его политику, императрицу, распространявшиеся в обществе слухи об измене России в войне и т. д.
Февральскую революцию Милюков предвидел. Он свидетельствовал, что революция сразу приняла вид не военного переворота, а подлинно народного восстания. Милюков не хотел вступать в переговоры с правительством, поскольку оно уже утратило власть. Вместе с тем он не считал возможным, чтобы Дума объявила себя властью, так как ей принадлежали законодательные, а не исполнительные функции правления. Милюков предложил остановиться на «реальном плане» разделения власти между представителями династии и Думой. Был создан Временный комитет членов Государственной думы для восстановления порядка. В его состав вошли М. В. Родзянко, В. В. Шульгин, В. Н. Львов, от кадетов Милюков и Н В. Некрасов. При этом Милюков надеялся на сохранение династии. Постановлением Временного комитета Думы было решено взять власть, отрешить от должности царских министров, заменив их комиссарами из состава членов Государственной думы. Из 24 комиссаров 11 были кадетами Кадеты в эти дни активно выступали среди народа, в войсках с целью предотвращения дальнейшего развития революции и сохранения своего влияния. 28 февраля Милюков весь день выступал в воинских частях.
1 марта 1917 г Временный комитет вынес решение об образовании Временного правительства во главе с князем Львовым. Милюкову была отведена роль министра иностранных дел. Ближайший сподвижник Милюкова А И Шингарев стал министром земледелия, А. А. Мануйлов — министром просвещения Эти трое составляли кадетскую часть Кабинета. Руководящая роль кадетов особенно проявилась во время переговоров Временного правительства и Совета рабочих депутатов, происходивших в ночь с 1 на 2 марта.
2 марта Милюков неоднократно выступал при встрече с представителями агентства Рейтер и Американского агентства, перед матросами, солдатами и рабочими в Таврическом дворце. Он говорил, что правительство выбрала революция, но что власть должна перейти к великому князю Михаилу Александровичу. Когда в Екатерининском зале в ответ на слова Милюкова о сохранении монархии возникли крики протеста, он сказал, что «это его личное мнение и форма государственного правления будет определена Учредительным собранием».
При встрече с великим князем Михаилом Александровичем на квартире Путятина он доказывал «что для укрепления нового порядка нужна сильная власть», что она должна опираться на «символ власти, привычный для масс». Этим символом власти служила монархия. Упорная приверженность Милюкова к сохранению монархии проявилась и на заседании кадетского ЦК, проходившего на второй день революции за завтраком у кадета М. М. Винавера: « ..Милюков решительно высказался за монархию. Его поддержало несколько правых кадетов... Большинство, однако, склонялось к мнению, что монархия фактически уже не существует и что бороться за ее восстановление и нежелательно и бесцельно». Милюков находился в состоянии полного отчаяния, крушения своих надежд и решил подать в отставку. Однако через несколько часов делегация в составе Винавера, Набокова и Шингарева убеждала его не делать этого. Он и сам чувствовал, что отказ невозможен.
На VII съезде кадетской партии (25—28 марта 1917) была принята резолюция, в которой конституционная монархия была заменена демократической и парламентской республикой. На этом же съезде одной из целей ближайшего будущего провозглашалась «борьба со всякого рода максимализмом и большевизмом». И действительно, акции, предпринятые кадетами в реальной действительности, и в печати направлены были против большевиков, их теории и программы.
Придя к власти в качестве министра иностранных дел, Милюков оставил в должности одного из двух товарищей министра иностранных дел А. А Нератова, вторым, вместо ушедшего в отставку А. А. Половцева, стал кадет Б. Э. Нольде, в течение долгого времени являвшийся советником бывшего министра иностранных дел С. Д. Сазонова. Помощником министра стал близкий к кадетам князь Г. Н. Трубецкой. Милюков начал свою деятельность с обращения к директорам Департаментов и отделов Продолжать работать на своих местах. Дипломатическая служба за границей также оставалась в целом в прежнем составе. Определяя свой внешнеполитический курс в телеграмме от 4 марта, направленной русским дипломатическим представителям за границей, в обращении Временного правительства к населению страны Милюков утверждал, что внешняя политика правительства остается неизменной - война до победного конца в единении с союзниками, что нет царской дипломатии и дипломатии Временного правительства, а есть одна дипломатия – «дипломатия союзническая, которую мы ведем вместе с союзными государствами, вместе с передовыми демократиями». После опубликования ноты Милюкова союзникам с обещанием сохранить верность своим обязательствам довести мировую войну до победы, 20 апреля начались в Петрограде стихийные демонстрации под лозунгом «Долой Милюкова!». В ответ на это последовали демонстрации с плакатами «Доверие Милюкову!», «Да здравствует Временное правительство!». 21 апреля демонстрации против Временного правительства и его политики продолжались с еще большей силой. Тысячи рабочих, солдат и матросов шли с лозунгами «Вся власть Советам!», «Долой войну!», «Опубликовать тайные договоры» Вечером того же 21 апреля состоялось совещание Временного правительства с Исполнительным комитетом Совета рабочих и крестьянских депутатов. Здесь и возникла в качестве альтернативы лозунгу «Вся власть Советам!» идея создания коалиционного правительства. В этих условиях Милюков вынужден был уйти в отставку. Ему предлагали сменить портфель, став министром народного просвещения, но он отказался. «Для меня было очевидно, — говорил Милюков в Думе 4 мая 1917 г, — что переменить портфель министра иностранных дел на портфель министра просвещения все-таки не значит освободить себя от ответственности за внешнюю политику, которую я вел в течение всей воины и которая известна всему свету. Такой ответственности я нести не могу. Вот почему я ушел». Однако это была не единственная причина ухода Милюкова из состава правительства. Главной причиной был кризис Временного правительства, проблема создания коалиционного правительства, разногласия с Керенским. Он был противником коалиционного правительства, его создание считал «весьма решительной» и одновременно «рискованной попыткой». Однако видел в случае его создания возможность положительных результатов — усиления власти и достижения единства, а главное, — возможность переломить настроение в армии в сторону избавления от пацифистских настроений. При этом он полагал, что члены Совета рабочих и солдатских депутатов, войдя в правительство, могут быть использованы для оказания давления на массы. И только решение этих задач оправдывало, с его точки зрения, созыв такого правительства. Историю февральской революции и свою роль в ней Милюков описал в книге, вышедшей первым изданием в Киеве в 1918 г. «История второй русской революции» в двух томах.
Свою политическую деятельность Милюков продолжал в качестве председателя ЦК кадетской партии, а также участвовал в политических организациях, в двух представительных собраниях, организованных вторым и третьим коалиционными правительствами.
На IX съезде кадетской партии (июль 1917) Милюков зачитал пространный доклад, резюме которого состояло в следующих словах: «...Нашу основную проблему мы сформулировали 15 июля: или Советы или Россия». Он подчеркивал, что кадеты, а к ним присоединился и Керенский, взяли курс на ликвидацию политической роли Советов. Съезд консолидировал силы контрреволюции и призывал к созданию правительства «сильной власти», независимой от «начал классовой борьбы и лозунгов явного и скрытого циммервальдизма». В июльские дни особенно проявилась контрреволюционная сущность кадетов, они стали инициаторами создания карательных отрядов, введения смертной казни на фронте, настаивали на применении жесточайших мер по отношению к большевикам.
Октябрьскую социалистическую революцию Милюков, естественно, воспринял враждебно. Находясь в эти дни в Петербурге, он «наскоро собрался» и вечерним поездом с семьей отправился в Москву. «Выдержав в московской засаде две недели безнадежной борьбы с восстанием красных и потерявши связь с членами ЦК», он двинулся туда, «куда вела тогда дорога всех, собиравшихся продолжить борьбу немедленно». Милюков продолжал борьбу от имени своей партии, объявленной Советской властью вне закона.
В конце ноября 1917 г. Милюков участвовал в тайном совещании военных представителей стран Антанты в Яссах, где обсуждался вопрос о формах помощи союзников в освобождении России от большевиков. Под чужим именем Милюков отправился в Новочеркасск, где принял участие в создании Добровольческой армии. Он сочувственно относился к заговору Корнилова и вступал с ним в контакты. В конце мая 1918 г. Милюков прибыл в оккупированный немецкими войсками Киев «искать более широких перспектив» и «организации антибольшевистского движения». Милюков вел переговоры с германским командованием с целью реставрации монархии. Его обвиняли в измене союзникам, германофильстве. Однако он преследовал одну главную цель — не допустить стабильности большевистского строя. Противоречия московских кадетов, верных союзническим обязательствам, и Милюкова с его теперь германской ориентацией означали лишь различные варианты одной и той же задачи — свергнуть Советскую власть.
Антибольшевистское движение потерпело неудачу. Многие организаторы его оказались в эмиграции. В 1920 году Милюков эмигрировал в Англию. Здесь он сразу же предпринял издание журнала «New Russia» на английском языке. В конце этого же года Милюков перебрался в Париж. Его главным занятием в 20-е годы стала разработка «новой тактики» борьбы с большевистской Россией.