Na początku lat 20. rozwinęła się jego kariera w międzynarodowych strukturach ruchu komunistycznego. W 1921 i 1922 roku był oficjalnym przedstawicielem Bułgarskiej Partii Komunistycznej na II. i III. Kongresie Międzynarodówki Komunistycznej w Moskwie, gdzie poznał m.in. Włodzimierza Lenina. Podczas drugiego spotkania został wybrany na sekretarza generalnego Międzynarodówki (pełnił tę funkcję do 1924). Od tej pory działalność w kraju łączył z licznymi podróżami po Europie: był współzałożycielem partii komunistycznych we Francji, w Niemczech, Norwegii czy CzechosłowacjiLazitch i Drachkovitch, Biographical Dictionary of the Comintern, s. 225..
Kiedy w 1923 roku Aleksandyr Cankow po zamachu stanu wprowadził dyktaturę wojskową, komuniści zorganizowali powstanie. Kołarow, który przybył w 1923 do Bułgarii jako delegat Kominternu, odegrał decydującą rolę w porzuceniu przez komunistów taktyki neutralności wobec rządu Cankowa i organizacji wystąpienia zbrojnegoWasilewski, s. 247–249.. Na jego czele stanęli Kołarow i Dimitrow, zresztą wbrew woli Błagojewa, który był przeciwny wykorzystywaniu siły w walce o władzę. Powstanie zostało krwawo stłumione, a jego liderzy musieli uciekać z kraju. Początkowo przebywali w Jugosławii, następnie dostali się do Wiednia, by w końcu trafić do Moskwy. W drugiej połowie lat 20. i w latach 30.