1902年底，托洛茨基来到伦敦，受到列宁及其夫人的热情接待，列宁还亲自带他观光了伦敦的一些重要建筑物和名胜古迹。列宁很赏识托洛茨基的才干。便让他参加了普列汉诺夫等人主编的《火星报》的工作。
《火星报》创刊于1900年，是列宁领导下的一份宣传马克思义的报刊。托洛茨基最初为《火星报》写些短小评论，进而写篇幅较长的政治文章，后来还写过社论。列宁认为托洛茨基的不少文章“文笔带有杂文腔，而且过于花哨”，不过，颇为自负的托洛茨基承认自己“偏爱那种华丽的文体，也不愿意接受别人的修改”。
1903年7月，俄国社会民主党在布鲁塞尔召开第二次代表大会。大会就党纲问题展开了激烈的辩论。列宁认为：“凡承认党纲，在物质上帮助党并亲自参加党的一个组织的人，都可以作为党员”。很清楚，列宁是把工人阶级政党看成是一个有着严密组织的整体，而不是一个来去自由的俱乐部和咖啡馆。而马尔托夫等人则认为：“凡承认党纲，在物质上帮助党并在党的一个组织领导下经常亲自协助党的人，都可以作为俄国社会民主工党党员。”马尔托夫没有提及“参加党的一个组织。”依照这种观点，凡是一切乐意加入党的人都可以成为党员，不必参加党的一个组织。马尔托夫心目中的工人阶级政党，实际上是一个组织涣散的群众团体。在这场激烈的辩论中，托洛茨基支持马尔托夫，成为少数派（孟什维克），与以列宁为首的多数派（布尔什维克）相对立。但是，托洛茨基与少数派的观点又并不完全一致，因此，他在1904年4月发表声明，表示脱离孟什维克派。
1905年1月9日，俄国彼得堡许多工人携带家属前往冬富，向沙皇和平请愿。沙皇尼古拉二世下令预先布置好的军警向工人群众开枪射击，1000多人被打死，2000多人受伤，造成了俄国历史上的大惨剧。这个事件发生后，侨居国外的一些俄国社会民主党人，其中包括托洛茨基，陆续回国参加革命。
1905年10月，托洛茨基从芬兰返回彼得堡，并被选为彼得堡苏维埃主席。他负责编辑了《俄罗斯报》、《开端报》、《工人代表苏维埃消息报》，使得彼得堡的形势对俄国全境产生了重大影响，受到列宁的密切关注。
沙皇政府对托洛茨基的频繁活动保持了高度的警觉。1905年12月3日晚，托洛茨基在苏维埃议会大厅被捕，从此开始了他的第二轮监狱生涯。
沙皇专制政府由于受到1905年革命风暴的冲击，准备召开第一届国家杜马，对于在押政治犯的管理有所放松，托洛茨基正是利用这一机会，在彼得堡狱中写下了《总结与展望》，提出了他一生活动的理论基础——不断革命论。托洛茨基的不断革命论包括三个相互联系的不断革命思想：第一，民主革命必须立即转变为社会主义革命，即从民主革命过渡到社会主义革命的不断性；第二，社会主义革命不断性，即在国内引起内战，在国外引起革命战争；第三，社会主义革命的国际性和国际革命的不断性。
不断革命论虽反映了一种热切的革命情绪和愿望，但也有其自身的致命弱点。它抹杀了民主革命和社会主义革命的区别，忽视了广大农民的积极性，认定社会主义不可能首先在一国或数国内取得胜利。因此，列宁对托洛茨基的不断革命论是持批评态度的。
1907年1月，托洛茨基第二次被流放在西伯利亚，这次的流放地是位于北极圈内的一个偏僻小村。结果，托洛茨基在押解途中逃脱了。2月下旬，他来到芬兰。同年4月，他取道瑞典首都斯德哥尔摩来到英国，出席了俄国社会民主工党第五次代表大会，这是布尔什维克与孟什维克在一起召开的最后一次代表大会。在大会上，托洛茨基以“中派”的面目出现，庇护孟什维克，攻击布尔什维克，与列宁发生激烈的争执。
1908年10月，为了宣扬自己的“中派”立场和不断革命论，托洛茨基办了一份用俄文出版的报纸——《真理报》。该报每两个月出版一次，至1912年5月停刊。托洛茨基宣称自己的《真理报》是面向广大工人群众的，是“工人报纸”，说这份报纸置身于两派之外，并力图表现“统一党的趋势……从创办时起就给自己规定了几项任务，即阐明斗争的迫切需要，同不管处在何种岗位上的先进工人建立起政治联系，从而克服党内分裂或派别的现象”。
托洛茨基在《真理报》上继续宣传他的不断革命论。与他同时代的人曾回忆说，托洛茨基在他的《真理报》上“继续坚持与他不懈地宣传俄国革命是‘不断革命’的思想，断言革命一旦开始，在全世界推翻资本主义和建立起社会主义制度以前，革命是不会结束的。布尔什维克和孟什维克两派都嘲笑他，骂他是浪漫主义，犯下弥天大罪。但是他还是固执己见，对别人的攻击无动于衷。”
