Внезапный одновременный удар был стремительным и ошеломляющим для петлюровцев. Они бросили два бронепоезда, всю артиллерию, снаряжение, боеприпасы. Лишь одному бронепоезду удалось уйти по третьей, не перекрытой, ветке. Поручение Совета Обороны было выполнено.
В конце августа Н. И. Подвойского отозвали в Москву. ЦК РКП(б) поручил ему возглавить работу Главного управления военно-учебных заведений, но приступить к ней он по-настоящему не успел.
В самое напряженное время борьбы с рвавшимися к Москве полчищами Деникина Юденич начал очередное наступление на Петроград. Город прикрывала измотанная в длительных боях 7-я армия. Юденич, нанеся отвлекающий удар на Псков и Лугу, двинул главные силы от Нарвы на Ямбург и Гатчину. Ему удалось прорвать фронт 7-й армии. Белогвардейцы захватили Ямбург, Красное Село, Гатчину, Детское Село и фактически подошли к Петрограду. 17 октября ЦК РКП(б) и Совет Обороны призвали «защищать Петроград до последней капли крови». Были приняты срочные меры по усилению 7-й армии. Ее командующим стал Д. Н. Надежный, членом реввоенсовета и уполномоченным Совета Обороны — П. И. Подвойский.
Получив новое назначение, Николай Ильич немедленно выехал в Петроград. Он сразу же включился в работу Петроградского комитета партии по экстренному довооружению 7-й армии, мобилизации рабочих, коммунистов, комсомольцев для ее пополнения, а также по организации оборонительных работ на подступах к городу. Предложение Троцкого пустить войска Юденича в город и уничтожить их на баррикадах и в уличных боях представлялось Подвойскому немыслимым. Нет! Петроград еще никогда никому не сдавался! В. И. Ленин в обращении «К рабочим и красноармейцам Петрограда» писал, что надо держаться за каждую пядь земли, отстоять Петроград.
В Питере Николаю Ильичу все было знакомо: заводы и фабрики, партийные комитеты, суровое мужество и самоотверженность питерского пролетариата. Ведь в августе 1917 года Н. И. Подвойский организовал защиту Петрограда вместе с Я. М. Свердловым, дважды — в октябре 1917 и феврале 1918 годов — под непосредственным руководством В. И. Ленина. Теперь полученный тогда бесценный опыт должен был пригодиться, и пригодился сполна.
Н. И. Подвойский действовал так, как учил его В. И. Ленин, — мобилизовывать для обороны все и вся. Но в то же время Николай Ильич понимал, что решить главную задачу — разбить врага — должна 7-я армия. Новый командующий бывший генерал Д. Н. Надежный был профессионалом высокого класса и искренне служил Советской власти. В этом Николай Ильич убедился еще в июне 1918 года, когда вместе с ним — военным руководителем Уральского окружного комиссариата — собирал силы для отпора белочехам. Д. И. Надежный быстро и решительно восстанавливал боеспособность 7-й армии с военно-технической точки зрения. Н. И. Подвойский, опираясь на коммунистов, поднимал революционный дух, мужество и стойкость армии. Для этого ему пришлось предпринять экстренные, не предусмотренные никакими инструкциями меры. Политработники полкового, дивизионного и армейского звена, кроме самых необходимых, были посланы в роты и батальоны, а коммунисты из штабов, способные командовать, переведены на командные посты. Значительная часть коммунистов была направлена в передовые подразделения рядовыми стрелками. Николай Ильич стремился к тому, чтобы в каждом отделении был хотя бы один красноармеец из рабочих, в каждом взводе — хотя бы один коммунист, а в каждой роте — партийная ячейка. Была налажена и резко усилена агитационная работа среди красноармейцев, местного населения. Ленинский призыв «Петрограда не сдавать!» стал стержнем всей агитации. Немногочисленные аэропланы использовались для забрасывания листовок и газет на русском, эстонском, финском языках в войска Юденича. Напряженная, буквально круглосуточная работа по укреплению армии за какие-нибудь две недели преобразила ее.
Роль практического организатора перестройки партийно-политической и идейно-воспитательной работы выполнил политотдел армии. В очерках истории этого политотдела, сохранившихся в архивах, отмечается, что «политотдел: армии в этот момент крайнего напряжения и решительной схватки за Петроград превратился из органа, действующего согласно определенным положениям и инструкциям, в орган, действующий по-революционному».
21 октября 7-я армия при поддержке Балтфлота и соседней 15-й армии перешла в стремительное наступление, которое продолжалось до конца ноября. Войска Юденича были разбиты.
Постановлением VII Всероссийского съезда Советов пролетариат Петрограда за заслуги в борьбе с интервентами и белогвардейцами был награжден орденом Красного Знамени и Почетным революционным Красным Знаменем. Орден Красного Знамени получил и командующий 7-й армией Д. Н. Надежный.
В конце ноября Н. И. Подвойский выехал в Москву. И снова (в какой раз!) ему было жаль расставаться с боевыми товарищами. Но Николай Ильич знал, что в Москве его ждет работа, ждет его и семья, разлуку с которой он всегда переживал с большим трудом.