När februarirevolutionen bröt ut 1917 var Kerenskij – tillsammans med Pavel Miljukov – en av de mest framstående ledarna. Som en av dumans mest kända talare mot monarkin och som advokat och försvarare av många revolutionärer blev Kerenskij medlem av statsdumans provisoriska kommitté och valdes till vice ordförande i den nybildade Petrogradsovjeten. Dessa två organ, duman och Petrogradsovjeten, eller – snarare – deras respektive exekutivkommittéer, blev snart varandras antagonister i de flesta frågor utom när det gällde slutet på tsarens envälde.
Petrogradsovjeten växte till att omfatta 3 000-4 000 medlemmar, och deras möten kunde drunkna i ett virrvarr av eviga orationer. Vid mötet den 12 mars 1917-13 mars 1917 bildades Petrogradsovjetens exekutivkommitté, eller Ispolkom – en självutnämnd kommitté, med (så småningom) tre medlemmar från vart och ett av de partier som var representerade i sovjeten. Kerenskij blev en av ledamöterna som representerade det socialrevolutionära partiet (SR).
Den 14 mars 1917 utfärdade sovjetens Ispolkom, utan att samråda med regeringen, den ökända ordern nr 1. Den var endast avsedd för den 160 000 man starka garnisonen i Petrograd, men tolkades snart som att den gällde för alla soldater vid fronten. Ordern föreskrev att alla militära enheter skulle bilda kommittéer i likhet med Petrogradsovjeten. Detta ledde till förvirring och till att ”officerarnas auktoritet berövades”. Vidare föreskrev ”Order nr 3” att militären var underordnad Ispolkom i den politiska hierarkin. Idéerna kom från en grupp socialister och syftade till att begränsa officerarnas makt till militära angelägenheter. De socialistiska intellektuella ansåg att officerarna var de mest sannolika kontrarevolutionära elementen. Kerenskijs roll i dessa order är oklar, men han deltog i besluten. Men precis som han före revolutionen hade försvarat många som inte gillade tsaren, räddade han nu livet på många av tsarens tjänstemän som höll på att lynchas av mobben.
Duman bildade dessutom en exekutivkommitté som så småningom blev den så kallade ryska provisoriska regeringen. Eftersom det inte fanns något större förtroende mellan Ispolkom och denna regering (och eftersom han var på väg att acceptera ämbetet som riksåklagare i den provisoriska regeringen) höll Kerenskij ett mycket passionerat tal, inte bara till Ispolkom, utan till hela Petrogradsovjeten. Han svor sedan att som minister aldrig bryta mot de demokratiska värderingarna och avslutade sitt tal med orden ”Jag kan inte leva utan folket”. I det ögonblick ni börjar tvivla på mig, döda mig då”. Den stora majoriteten (arbetare och soldater) gav honom stora applåder, och Kerenskij blev nu den förste och ende som deltog i både den provisoriska regeringen och Ispolkom. Som en länk mellan Ispolkom och den provisoriska regeringen kunde den ganska ambitiöse Kerenskij dra nytta av denna position.
Efter den första regeringskrisen på grund av Pavel Miljukovs hemliga not som den 2-4 maj återförband Ryssland till sina ursprungliga krigsmål, blev Kerenskij krigsminister och den dominerande figuren i den nybildade socialistisk-liberala koalitionsregeringen. Den 10 maj (juliansk kalender) begav sig Kerenskij till fronten och besökte den ena divisionen efter den andra och uppmanade männen att göra sin plikt. Hans tal var imponerande och övertygande för ögonblicket, men hade föga bestående effekt”. Under de allierades påtryckningar för att fortsätta kriget inledde han den 1 juli 1917 det som blev känt som Kerenskijoffensiven mot den österrikisk-ungerska/tyska sydarmén. Offensiven var till en början framgångsrik, men mötte snart starkt motstånd och centralmakterna svarade med en kraftig motattack. Den ryska armén retirerade och led stora förluster, och det framgick tydligt av många fall av desertering, sabotage och myteri att armén inte längre var villig att anfalla.
Militären kritiserade kraftigt Kerenskij för hans liberala politik, som bland annat innebar att officerarna fråntogs sina mandat och att kontrollen överlämnades till revolutionärt sinnade ”soldatkommittéer” (ryska: солдатские комитеты, romaniserat: soldatskie komitety) i stället, avskaffande av dödsstraffet och tillåtelse för revolutionära agitatorer att vara närvarande vid fronten. Många officerare kallade på skämt överbefälhavare Kerenskij för ”övertalare”.
Den 2 juli 1917 kollapsade den provisoriska regeringens första koalition på grund av frågan om Ukrainas autonomi. Efter julidagarnas oroligheter i Petrograd (3-7 juli 1917) och det officiella förtrycket av bolsjevikerna efterträdde Kerenskij prins Lvov som Rysslands premiärminister den 21 juli 1917. Efter Kornilov-affären, ett försök till militärkupp i slutet av augusti och de övriga ministrarnas avgång, utnämnde han även sig själv till överbefälhavare.
Den 15 september utropade Kerenskij Ryssland till republik, vilket stred mot icke-socialisternas uppfattning om att den provisoriska regeringen skulle behålla makten endast till dess att en konstituerande församling skulle sammanträda för att besluta om Rysslands regeringsform, men som var i linje med det socialistrevolutionära partiets länge proklamerade mål. Han bildade en direktion med fem medlemmar, som bestod av honom själv, utrikesminister Michail Teresjtjenko, krigsminister general Aleksandr Verkhovskij , marinminister amiral Dmitrij Verderevskij och post- och telegrafminister Aleksei Nikitin . Han behöll sin post i den slutliga koalitionsregeringen i oktober 1917 tills bolsjevikerna störtade den den 7 november 1917.
Kerenskij stod inför en stor utmaning: tre års deltagande i världskriget hade utmattat Ryssland, samtidigt som den provisoriska regeringen erbjöd föga motivation för en seger utöver att fortsätta Rysslands åtaganden gentemot sina allierade. Rysslands fortsatta deltagande i kriget var inte populärt bland under- och medelklassen, och särskilt inte bland soldaterna. De hade alla trott att Ryssland skulle sluta strida när den provisoriska regeringen tog makten, och kände sig därefter lurade. Dessutom lovade Vladimir Lenin och hans bolsjevikparti ”fred, jord och bröd” under ett kommunistiskt system. Den ryska armén, som var krigstrött, dåligt utrustad, modfälld och odisciplinerad, höll på att upplösas och soldater deserterade i stort antal. Hösten 1917 hade uppskattningsvis två miljoner män inofficiellt lämnat armén.
Kerenskij och andra politiska ledare fortsatte Rysslands inblandning i första världskriget, eftersom de trodde att inget annat än en ärofylld seger var den enda vägen framåt och fruktade att ekonomin, som redan utsattes för enorma påfrestningar på grund av krigsansträngningarna, skulle kunna bli alltmer instabil om de livsviktiga förnödenheterna från Frankrike och Storbritannien upphörde att strömma in. Dilemmat om huruvida man skulle dra sig tillbaka var stort, och Kerenskijs inkonsekventa och opraktiska politik destabiliserade armén och landet i stort ytterligare.
För övrigt antog Kerenskij en politik som isolerade de högerkonservativa, både demokratiskt och monarkistiskt orienterade. Hans filosofi om ”inga fiender till vänster” gav bolsjevikerna stort inflytande och gav dem fria händer, vilket gjorde det möjligt för dem att ta över Petrograd- och Moskvasovjeternas militära gren eller ”voyenka” (ryska: Военка). Hans arrestering av Lavr Kornilov och andra officerare lämnade honom utan starka allierade mot bolsjevikerna, som till slut blev Kerenskijs starkaste och mest beslutsamma motståndare, i motsats till högerflygeln, som utvecklades till den vita rörelsen.