1923年6月，毛泽东以湘区代表身分出席了在广州召开的中国共产党第三次全国代表大会。这次大会决定全体共产党员以个人名义加入国民党，以“党内合作”的形式进行国共合作。毛泽东在会上发言，根据湖南工人运动的经验，表示赞成工农和资产阶级建立联合阵线并共同完成民族民主革命。陈独秀、毛泽东、罗章龙、蔡和森、谭平山被选为中央局成员，其中毛为中央局秘书，这是毛泽东第一次进入中共领导核心。
伟人毛主席鎏金胸像
9月，中共中央派毛泽东回湖南指导中共湘区党委夏曦等建立湖南的国民党组织。三个月后，毛泽东接中共中央通知前往上海。
坐在椅子上的毛主席
1924年1月毛来到广州，代表湖南的国民党组织出席中国国民党第一次全国代表大会，当选为国民党中央候补执行委员。2月，毛被派往上海继续帮助国民党做组织工作，他在中共党内的职务是组织部长，同时担任国民党上海执行部委员、组织部秘书。毛是中共在国民党上海执行部的中心人物，当时国民党在上海的负责人之一叶楚伧正在策划“处置共产分子”，“用尽办法把毛赶走”，毛在与叶的斗争中处于下风。毛泽东一面与国民党内的反共势力（毛称之为“国民党右派”）周旋，一面维护国共合作，他起草并与陈独秀联合签署了一系列文件，他写道：“（对右派的言行）都不可隐忍不加以纠正”，但仍强调“须尽我们的力量忍耐与之合作”。因此在中共党内，他被张国焘和李立三嘲讽为做“国民党的工作”、是“胡汉民的秘书”。12月，重病的毛泽东请假回到湖南养病，缺席了1925年1月的中共四大，并在中央局委员的选举中落选。9月，毛到广州参加国民党第二次全国代表大会的筹备工作。10月，代理汪精卫的国民党宣传部部长职务。12月，发表《中国社会各阶级的分析》。
1926年1月，在国民党二大上再次当选中央候补执行委员。5月，国民党通过了《整理党务案》，毛泽东因此不再担任国民党代理中央宣传部长，主要工作从革命宣传转向农民运动。1927年3月，发表《湖南农民运动考察报告》。1927年3月，任全国农民协会总干事，在武昌同邓演达等创办中央农民运动讲习所。
