毛泽东到达上海后，便立即起草了《目前农运计划》。计划规定大力发展农运的地方必须具备的条件，提出“在目前情况下，农运发展应取集中的原则”，即大力发展北伐军经过的湖南、湖北、江西、河南四省的农民运动，以此为重点，同时在陕西、四川、广西、福建、安徽、江苏、浙江全面展开。计划提出“省城及其它重要城市之近郊农民，预特为组织‘近郊农民协会’。此等城市之国民党部或特别市党部，均须设立农民部指导近郊农民运动”。计划还决定在武昌开办农民运动讲习所。

为实现这一计划，毛泽东于11月下旬亲自“赴长江一带视察农运情形”，联络江西、湖南、湖北三省国民党省党部，拟在武昌合办农讲所，得到三省党部的支持。湘鄂赣三省农讲所后发展成为中央农民运动讲习所。毛泽东在任中央农委书记期间，花了很大精力主办中央农民运动讲习所，为中国革命又培养了一大批革命骨干。

12月，毛泽东到达武汉，以中共中央农委书记身份参加中共中央在汉口召开的十二月特别会议。陈独秀在会上作政治报告，错误地认为当前主要的危险是民众运动勃起并日益“左”倾，蒋介石因恐惧民众运动而日益向右，左右距离日远，会破裂联合战线而危及整个国民革命运动。会议根据陈独秀的错误分析，规定当时党的主要策略是限制工农运动发展，反对“耕地农有”，以换取蒋介石由右向左，同时扶持汪精卫取得国民党中央、国民政府和民众运动的领导地位，以制约蒋介石的军事势力。实际上是牺牲工农群众去迁就蒋介石。陈独秀还在会议上斥责湖南工农运动“过火”、“幼稚”、“动摇北伐军心”、“妨碍统一战线”等。陈独秀的意见得到共产国际代表的支持。毛泽东“在会上主张土地革命，并支持湖南区委关于实行土地革命的建议”。但会议在陈独秀的主持下，没有讨论毛泽东的建议。

毛泽东对陈独秀等的右倾投降主义主张很不满意，打算实地考察湖南工农运动。时正值湖南全省第一次工农代表大会召开，电邀毛泽东回湘指导。12月17日，毛泽东回到湖南，参加湖南第一次全省工农代表大会，并多次发表演说。他肯定湖南农民以暴力打击土豪劣绅是“革命斗争中所必取的手段”；严厉驳斥“惰农运动”之类对农民的诬蔑和“帝国主义没有打倒以前，我们内部不要闹事”的反动论调，指出过去军阀政府时代只准地主向农民加租加息，现在农民向地主要点减租减息就是“闹事”了吗?如果是这样，那么，这种只准地主向农民压榨，不准农民向地主作斗争的人，就是站在帝国主义、反革命一边的人，就是破坏革命的人。工农大会后，毛泽东在国民党湖南省监察委员戴晓云的陪同下，于1927年1月4日至2月5日，实际考察了湘潭、湘乡、衡山、醴陵、长沙5县农民运动。在32天里毛泽东不辞辛劳，行程1400公里，广泛接触农民和农运干部，召开各种类型的调查会，获得了大量第一手资料。在此基础上，毛泽东给中共中央写了著名的《湖南农民运动考察报告》，热情歌颂湖南农民运动的丰功伟绩，批判来自党内外对农民运动的攻击和责难，充分估计农民在中国民主革命中的主力军作用，阐述中国共产党在农村依靠贫农、团结中农的阶级路线，阐明建立农村革命政权和农民武装的极端重要性，着重强调了相信群众，依靠群众，尊重群众首创精神的历史唯物主义观点。

毛泽东在任中共中央农委书记期间，中国大革命已进入紧要关头。统一战线及中共内部对农民问题意见不一，毛泽东除花大量精力力图统一中共党内对农民问题的正确认识，还在国民党中利用一切机会支持农民运动。

1927年3月，国民党召开二届三中全会，毛泽东以国民党中央候补执行委员身份出席会议。13日，国民党中央农民部农民运动讲习所常务委员毛泽东、邓演达、陈克文向全会提交《土地问题案》(后改称《农民问题案》)。14日，他们又联合提出《对农民宣言案》。16日，全会通过了《对农民的宣言》和《关于农民问题决议案》。《宣言》阐述了建立农民政权、农民武装、解决农民土地问题的极端重要性，指出这些问题得不到解决，中国农民就不能获得解放，“农民如不得到解放，国民革命断不能抵于完成。”《宣言》强调中国的农民问题，其内容即是一个贫农问题。贫农问题不解决，一切纷扰变乱都不会平息，革命亦终究没有完成之日。“贫农问题的中心问题，就是一个土地问题。”现在“广东、湖南、湖北农民运动发展的地方，贫农对于土地的要求已甚迫切”，如果“不使农民得到土地，农民将不能拥护革命至于最后之成功”。《农民问题案》是《对农民宣言案》的具体实施纲要，共有十项，要求“党部及革命的民众团体立即实行之”，否则，“国民革命将发生很大的危险”。全会还决定组织中央土地委员会。

4月2日，国民党中央土地委员会经国民党中央常务委员会第五次扩大会议议决成立。由邓演达、谭平山、毛泽东、徐谦、顾孟余五人组成。其任务是调查研究中国的土地分配状况，提出解决土地问题的方案，呈送中央执行委员会核准后，交农民部执行。在随后的两个月间，土地委员会在武汉召开了两次委员会、四次扩大会、两次审查委员会会议。每次会议的讨论都很热烈和详细。毛泽东在这些会议上提出并阐述了许多问题，归纳起来主要有：

解决土地问题应有一个纲领，内容包括：确认并大力宣传解决土地问题的意义；确定没收土地的标准及如何分配土地的方案；建立农民政权以便进行土地的没收和分配；规定禁止买卖土地和土地国有问题；解决地税问题。解决土地问题的意义：解放农民，增强农业的实力；保护革命；废除封建制度；发展中国工业；提高文化。农民政权的建立应分两个阶段：“在农村革命的时候，政权集中在农民协会”；“革命过后，乡村政府应在国民政府一个系统之下”，实行区乡村自治。没收土地问题是解决土地问题的中心问题。一、土地没收分两步进行，第一步政治没收(“如土豪劣绅军阀等等的土地”)。第二步经济没收(“凡自己不耕种而出租于他人的田，皆行没收”)。二、必须因地制宜，根据不同地区的不同情况，实行不同的土地没收政策。三、在条件成熟的地区，必须实行经济没收。四、没收的办法，就是农民“不缴租给地主”，并非没收一律“归国家”。土地分配原则上以乡为单位进行，亦可以区为单位；分配以人口为标准，顾及年龄。维护贫苦农民的利益，对佃农应定出保障办法，如免减租税，田主不得虐待等。