Od czerwca 1906 był już komendantem OB PPS Okręgu Warszawskiego. W lipcu tego roku, podczas konferencji Organizacji Bojowej, jego kandydatura została zaproponowana przez Piłsudskiego na członka Wydziału Bojowego PPS (ostatecznie wybrany został Józef Mirecki). Jako szef OB PPS Okręgu Warszawskiego, Sosnkowski odznaczał się znakomitym przygotowaniem i sprawnym kierowaniem wieloma akcjami bojowymi. Wśród nich były m.in. rozbicie 25 sklepów monopolowych w Warszawie (9 czerwca 1906), likwidacja szpiega Wiśniowskiego, zastrzelenie w Otwocku carskiego generała-gubernatora ds. policyjnych Andrieja Markgrafskiego (3 lipca 1906). Kierował też organizacją podczas tzw. krwawej środy 15 sierpnia 1906, kiedy to ataki bojowców na posterunki rosyjskiej policji spowodowały ich panikę i wycofanie głównych sił z Warszawy na kilka dni.

Zdekonspirowany jesienią 1906 i ścigany, Sosnkowski musiał opuścić Warszawę. Następnie został komendantem Organizacji Bojowej PPS Okręgu Radomskiego. Poza działalnością bojową, był już wówczas także „Okręgowcem” organizacji ogólnej w dziale organizacyjno-agitacyjnym, co wiązało się z obowiązkiem m.in. wygłaszania politycznych przemówień na wiecach i demonstracjach fabrycznych. To spowodowało kolejną dekonspirację.