През 1919 г. е избран за секретар на ЦК на БКП на мястото на заболелия Георги Кирков. Ръководи българската делегация на II и III конгрес на Коминтерна през 1921 и 1922 г. През 1922 г. става негов генерален секретар и действа като такъв до 1924 г., вземайки участие в конгресите на компартии от Германия, Италия, Франция, Норвегия, Чехословакия, Монголия и други. Ръководи планирането на неуспешното Татарбунарско въстание в Южна Бесарабия.
След Деветоюнския преврат в България през 1923 г. призовава БКП към въоръжена борба срещу режима на Александър Цанков, но не среща подкрепа. Пристига нелегално в България в началото на август същата година и заедно с Георги Димитров налага решението за вдигане на Септемврийското въстание. Още преди неговия разгром заминава за Югославия, а оттам – за Австрия, където организира временно задгранично представителство на БКП. В края на 1923 г. се връща в Москва. След смъртта на Димитър Благоев през 1924 г. Васил Коларов застава начело на Задграничното бюро на ЦК на Българската комунистическа партия (тесни социалисти). След Лайпцигския процес (1933) той е изместен от този пост от придобилия международна популярност Георги Димитров. През следващите години Васил Коларов заема различни научни и политически постове в Съветския съюз и Коминтерна.
Завръща се в България през 1945 г. и година по-късно става председател на Народното събрание. Ръководи българската делегация на Парижката мирна конференция през 1946 г. След премахването на монархията в България е председател на Временното председателство на републиката (15 септември1946 – 5 ноември1947) и изпълнява функциите на държавен глава до приемането на конституцията от 1947 г.
Като председател на VI велико народно събрание е един от хората, гласували за отстраняването от него и арестуването още в същия ден на лидера на обединената българска опозиция – Български земеделски народен съюз - Никола Петков и БРСДП (о), Никола Петков на 7 юни 1947 година, който впоследствие е осъден на смърт.[1] Коларов е един от хората, одобрили закриването на самата организация БЗНС „Никола Петков“. С неговия глас е прокарана и първата комунистическа конституция на България, която малко след приемането ѝ е наречена „Димитровска“, поставила основите на 45 години тоталитарен режим в страната.[2]
След смъртта на генералния секретар Георги Димитров през юли 1949 година, основните претенденти за поста му са Васил Коларов, Вълко Червенков, Антон Югов и Георги Чанков. Взето е решение ръководството на партията да е до голяма степен колективно и действащо под преките напътствия на Йосиф Сталин, като за първи секретар на ЦК е избран Червенков, а Коларов оглавява Министерския съвет. Същевременно той е поставен в изолация – заради здравословното му състояние Политбюро решава да му се осигури „абсолютна почивка“ за два месеца, като бъде посещаван само от Червенков, „преди обяд и в продължение на не повече от половин час“.[3]
На 18 януари 1950 година Коларов подава оставката на правителството, избран е отново за министър-председател и на следващия ден е гласуван предложен от него състав на Министерски съвет. Всичко това става в негово отсъствие, поради лошото му здравословно състояние, като на практика функциите на министър-председател изпълнява Вълко Червенков.[4]
