לאחר פרשת אוגנדה הפך כאמור צ'לנוב ביחד עם אוסישקין למנהיג התנועה הציונית ברוסיה ומאז 1907 לאחד מבכירי ההסתדרות הציונית. היה ממנהיגי שתי הוועידות הציוניות הכל-רוסיות במינסק ב-1902 ובהלסינגפורס ב-1906. נחשב מאז 1906 ביחד עם חיים וייצמן לאבי "הציונות הסינטטית". בשנים 1910-1913 היה חבר בקורטוריום של הטכניון. בעת "מלחמת השפות" התפטר במחאה על עמדת חברת "עזרה". ב-1911 נבחר לוועד הפועל הציוני הקטן. בפרוץ מלחמת העולם הראשונה היה בין מייסדי המשרד הציוני בקופנהגן, ומאז 1916 חי בלונדון והיה בין הפעילים הציונים שהביאו להצהרת בלפור.