Když v roce 1917 vypukla únorová revoluce, Kerenskij patřil – spolu s Pavlem Miljukovem – k jejím nejvýznamnějším vůdcům. Jako jeden z nejznámějších řečníků dumy proti monarchii a jako právník a obhájce mnoha revolucionářů se Kerenskij stal členem Prozatímního výboru Státní dumy a byl zvolen místopředsedou nově vzniklého petrohradského sovětu. Tyto dva orgány, Duma a Petrohradský sovět, respektive – jejich výkonné výbory, se brzy staly vzájemnými protivníky ve většině otázek, s výjimkou těch, které se týkaly konce carské samovlády.
Petrohradský sovět se rozrostl na 3000 až 4000 členů a jejich zasedání se mohla utápět ve změti věčných řečí. Na zasedání 12. až 13. března 1917 se zformoval Výkonný výbor Petrohradského sovětu neboli Ispolkom – samozvaný výbor, v němž (nakonec) zasedali tři členové z každé strany zastoupené v sovětu. Jedním z členů zastupujících stranu sociální revoluce (SR) se stal Kerenskij.
14. března 1917 vydal Ispolkom Sovětu bez jakékoli konzultace s vládou nechvalně proslulý Rozkaz č. 1, určený pouze pro 160tisícovou petrohradskou posádku, ale brzy interpretovaný jako platný pro všechny vojáky na frontě. Rozkaz stanovil, že všechny vojenské jednotky mají vytvářet výbory jako petrohradský sovět. To vedlo ke zmatkům a „zbavení důstojnické autority“; dále „rozkaz č. 3“ stanovil, že armáda je v politické hierarchii podřízena Ispolku. Myšlenky pocházely od skupiny socialistů a jejich cílem bylo omezit moc důstojníků na vojenské záležitosti. Socialističtí intelektuálové považovali důstojníky za nejpravděpodobnější kontrarevoluční živly. Kerenského role v těchto příkazech je nejasná, ale na rozhodování se podílel. Ale stejně jako se před revolucí zastával mnoha lidí, kteří se znelíbili carovi, zachránil nyní život mnoha carovým úředníkům, které se chystal lynčovat dav.
Duma navíc vytvořila výkonný výbor, který se nakonec stal tzv. ruskou prozatímní vládou. Protože mezi Ispolkem a touto vládou panovala malá důvěra (a protože se Kerenskij chystal přijmout funkci generálního prokurátora v Prozatímní vládě), pronesl Kerenskij velmi plamenný projev nejen k Ispolku, ale k celému petrohradskému sovětu. Tehdy přísahal, že jako ministr nikdy neporuší demokratické hodnoty, a svůj projev zakončil slovy: „Nemohu žít bez lidu. V okamžiku, kdy o mně začnete pochybovat, tak mě zabijte.“ Obrovská většina (dělníků a vojáků) ho odměnila velkým potleskem a Kerenskij se nyní stal prvním a jediným, kdo se účastnil jak Prozatímní vlády, tak Ispolku. Jako spojovací článek mezi Ispolkem a Prozatímní vládou měl z této pozice poměrně ambiciózní Kerenskij prospěch.
Po první vládní krizi kvůli tajné nótě Pavla Miljukova, která 2.-4. května znovu zavazovala Rusko k původním válečným cílům, se Kerenskij stal ministrem války a dominantní postavou nově vytvořené socialisticko-liberální koaliční vlády. Dne 10. května (podle juliánského kalendáře) Kerenskij vyrazil na frontu, navštěvoval jednu divizi za druhou a nabádal muže, aby plnili svou povinnost. Jeho projevy byly pro danou chvíli působivé a přesvědčivé, ale měly jen malý trvalý účinek. Pod tlakem Spojenců, aby pokračoval ve válce, zahájil 1. července 1917 takzvanou Kerenského ofenzívu proti rakousko-uhersko-německé jižní armádě. Zpočátku úspěšná ofenzíva brzy narazila na silný odpor a Centrální mocnosti odpověděly silným protiútokem. Ruská armáda ustupovala a utrpěla těžké ztráty a z mnoha případů dezerce, sabotáží a vzpour bylo jasné, že armáda již není ochotna útočit.
Vojsko Kerenského ostře kritizovalo za jeho liberální politiku, která zahrnovala zbavení důstojníků mandátů a předání kontroly revolučně naladěným „vojenským výborům“ (rus: Vojenské výbory), zrušení trestu smrti a povolení přítomnosti revolučních agitátorů na frontě. Mnozí důstojníci žertem označovali vrchního velitele Kerenského za „vrchního přesvědčovatele“
2. července 1917 se první koalice Prozatímní vlády rozpadla kvůli otázce autonomie Ukrajiny. Po nepokojích v Petrohradě během červencových dnů (3.-7. července 1917) a oficiálním potlačení bolševiků vystřídal Kerenskij 21. července 1917 knížete Lvova ve funkci předsedy ruské vlády. Po Kornilovově aféře, pokusu o vojenský převrat na konci srpna a rezignaci ostatních ministrů se jmenoval také vrchním velitelem.
15. září Kerenskij vyhlásil Rusko republikou, což bylo v rozporu s chápáním nesocialistů, že Prozatímní vláda má držet moc jen do doby, než se sejde Ústavodárné shromáždění, které rozhodne o formě vlády v Rusku, ale bylo to v souladu s dlouhodobě proklamovaným cílem Socialistické revoluční strany. Vytvořil pětičlenné direktorium, které tvořil on sám, ministr zahraničních věcí Michail Tereščenko, ministr války generál Alexandr Verchovskij , ministr námořnictva admirál Dmitrij Verderevskij a ministr pošt a telegrafů Alexej Nikitin . Svůj post si udržel i v konečné koaliční vládě v říjnu 1917, dokud ji bolševici 7. listopadu 1917 nesvrhli.
Kerenskij stál před velkou výzvou: tři roky účasti ve světové válce Rusko vyčerpaly, zatímco prozatímní vláda nabízela jen málo motivací k vítězství mimo pokračování závazků Ruska vůči spojencům. Pokračující zapojení Ruska do války nebylo populární mezi nižšími a středními vrstvami a zejména nebylo populární mezi vojáky. Ti všichni věřili, že Rusko přestane bojovat, jakmile se prozatímní vláda ujme moci, a následně se cítili podvedeni. Vladimír Lenin a jeho bolševická strana navíc slibovali „mír, půdu a chléb“ v rámci komunistického systému. Ruská armáda, unavená válkou, špatně vyzbrojená, rozladěná a nedisciplinovaná, se rozpadala a vojáci houfně dezertovali. Do podzimu 1917 z armády neoficiálně odešly odhadem dva miliony mužů.
Kerenskij a další političtí představitelé pokračovali v zapojení Ruska do první světové války, protože si mysleli, že nic jiného než slavné vítězství není jedinou cestou vpřed, a obávali se, že ekonomika, již tak pod obrovským tlakem válečného úsilí, by mohla být stále nestabilnější, kdyby přestaly proudit životně důležité dodávky z Francie a ze Spojeného království. Dilema, zda ustoupit, bylo velké a Kerenského nedůsledná a nepraktická politika dále destabilizovala armádu i celou zemi.
Kerenskij navíc přijal politiku, která izolovala pravicové konzervativce, jak demokraticky, tak monarchisticky orientované. Jeho filozofie „žádní nepřátelé nalevo“ značně posílila bolševiky a dala jim volnou ruku, což jim umožnilo převzít vojenskou odnož neboli „vojenku“ (rusky Военка) petrohradského a moskevského sovětu. Zatčení Lavra Kornilova a dalších důstojníků ho připravilo o silné spojence proti bolševikům, kteří se nakonec stali Kerenského nejsilnějšími a nejodhodlanějšími protivníky, na rozdíl od pravého křídla, které se vyvinulo v bílé hnutí.