Po powrocie do Krakowa, obaj rewolucjoniści odbyli pierwszą, długą rozmowę, która stała się początkiem ich długoletniej współpracy politycznej i wojskowej, a także przyjaźni.
Wkrótce potem Sosnkowski trafił do tajnej „szkoły bojowej” w Krakowie, której formalnym komendantem był Władysław Jaxa-Rożen, jednak niezwykle ważną rolę odgrywał tam także Józef Piłsudski. Wszechstronny kurs (m.in. ćwiczeń w posługiwaniu się bronią, musztry, dywersji, czy walk ulicznych) trwał 6 tygodni. Po ukończeniu szkoły bojowej został skierowany przez Piłsudskiego na stanowisko zastępcy komendanta Okręgu Warszawskiego OB PPS. Sosnkowski miał rozbudować siły Okręgu, uważanego za najważniejszy w całej organizacji. Było to niezwykle odpowiedzialne zadanie, powierzone niedoświadczonemu dwudziestolatkowi, co świadczyło o ogromnym zaufaniu, jakim został obdarzony przez Piłsudskiego. Sosnkowskiemu udało się spełnić pokładane w nim nadzieje – w krótkim czasie wydatnie zwiększył siły OB PPS w Warszawie: z kilku tzw. „piątek bojowych” do kilkuset członków.