Революционные события 1905 года всколыхнули рабочий Донбасс. В Луганске Ворошилов возглавил не только городской большевистский комитет, но и Совет рабочих депутатов. Под его руководством проходили забастовки и манифестации луганских рабочих. Летом 1905 года Ворошилова арестовали, но вскоре он был освобожден под залог по требованию многотысячной демонстрации.
В начале 1906 года Ворошилова избрали от луганских социал-демократов делегатом на IV съезд РСДРП. По дороге в Стокгольм Ворошилов провел несколько недель в Петербурге. Здесь он впервые встретился с Лениным. Он также познакомился и подружился со Сталиным, которого знали в партийных кругах еще под именем Коба, а также под партийной кличкой Иванович. У Ворошилова была партийная кличка Володя или Володин. Участие в работе Стокгольмского съезда Ворошилов сочетал с закупкой оружия для боевых групп луганских рабочих. Он организовал несколько транспортов с оружием из Финляндии. С помощью Ворошилова в Луганске была организована подпольная типография, и под его редакцией стала выходить местная большевистская газета "Донецкий колокол".
В 1907 году Ворошилов приехал в Лондон для участия в V съезде РСДРП. На съездах партии он познакомился со многими известными большевиками той эпохи, но особенно близко сошелся с М. В. Фрунзе и М. И. Калининым.
В 1907 году Ворошилов встретился с Екатериной Давыдовной Горбман, которая стала вскоре его женой.
Революция 1905 - 1907 годов закончилась поражением. Была разгромлена и луганская организация большевиков. Ворошилова вновь арестовали и сослали в Архангельскую губернию. Он бежит из ссылки на юг, в Баку, где в 1908 году работает вместе со Сталиным в составе Бакинского комитета большевиков. И снова арест. До 1912 года Ворошилов побывал во многих тюрьмах и дальних поселениях архангельской ссылки. Освободившись, он вернулся в Донбасс, где возобновил свою деятельность среди рабочих. Но его опять схватили и отправили в пермскую ссылку, из которой он освободился через год по амнистии - по случаю 300-летия царского дома Романовых.
Работать в Донбассе для Ворошилова было опасно, и он устроился рабочим на орудийный завод в Царицыне. Началась мировая война.
Многие большевики не уклонялись от призыва в армию, они шли на фронт, чтобы вести там большевистскую агитацию и готовить армию к участию в революции. Но Ворошилов решил избежать мобилизации. Поэтому он уехал с семьей из Царицына и через некоторое время обосновался в Петрограде, где стал работать на небольшом котельном заводике и установил связь с нелегальным городским комитетом большевиков. Здесь, в Петрограде, Ворошилова и застала Февральская революция.
