После победы Февральской революции, 2 марта 1917 года Головин был назначен комиссаром Временного правительства над бывшим Министерством императорского двора и уделов. В ведении Федора Александровича оказались все императорские театры, музеи и целый ряд иных учреждений. Однако в их деятельность он почти не вмешивался. В марте по инициативе Головина было учреждено Особое совещание по делам искусств с участием общественных и политических деятелей (в том числе членов Петросовета). Деятельность совещания выразилась в организации мер по охране памятников культуры. Головин непосредственно участвовал в определении личного имущества, которое сохранялось за царской семьей после ее ареста. Подобный вопрос также встал и в отношении иных представителей династии. 20 октября 1917 года Временное правительство создало Комиссию по разграничению государственного и лично принадлежащего бывшей императорской семье имущества, председателем которой стал Головин. Однако комиссия не успела начать работу: через пять дней к власти пришло иное правительство, которое уже приступило к всероссийскому разграничению имущества, в том числе и принадлежавшего самому Головину.
Взгляды Головина в 1917 году эволюционировали так, как это в целом было свойственно представителям кадетской партии. Будучи бывшим председателем II Думы, Головин стал участником Государственного совещания 12–15 августа 1917 года. 14 августа Федор Александрович выступил на совещании с речью. Цитируя произнесенную при открытии совещания речь министра-председателя А.Ф. Керенского о «смертельной опасности», создавшейся для государства, Головин заявлял: «Картина, нарисованная нашими министрами, поистине страшна… Думаю, что требованием, которое может быть предъявлено правительству со стороны решительно всех слоев русского общества, без различия партий и убеждений, является требование, чтобы правительство обладало полнотой власти, чтобы оно было сильно, чтобы его воля проявлялась и осуществлялась в жизнь без каких-либо задержек». Подобные соображения резко контрастировали с позицией Головина в период первой русской революции. Это особенно заметно в связи с изменением оценки деятельности П.А. Столыпина. Головин сравнивал эмоциональную речь Керенского с полной спокойствия речью Столыпина, произнесенной во II Государственной думе и обращенной к левым, которую тот закончил фразой «Не запугаете», и признавал превосходство Столыпина, которого ранее резко критиковал: «Тогда Столыпин был действительно сила физическая».
Вместе с тем Головин не предлагал никаких конкретных мер по усилению государственной власти. Наоборот, он даже выражал «некоторые сомнения» в реанимации в июле 1917 года таких способов восстановления порядка, как ужесточение дисциплины в армии и административная высылка без суда. Временное правительство – «правительство государства свободного, правового» – могло, по мнению Головина, действовать и по-иному. «Только при полном доверии Временному правительству со стороны народа оно будет сильным, оно будет в состоянии осуществлять те великие задачи, которые возложила на него история… Правительственная власть получила свои полномочия и свои силы от коалиции двух революционных сил: народного представительства и широких масс демократии. В этой коалиции есть одновременно и сила и слабость правительственной власти настоящего состава. Коалиционность является силой, как нечто объединяющее живые силы страны в момент государственной опасности. Но эта коалиция будет силой только тогда, когда она явится коалицией не только по форме, но и по существу», – заключил Головин.
Федор Александрович был избран делегатом IX съезда кадетской партии (23–28 июля 1917 года), а также, наряду с кн. П.Д. Долгоруковым, председателем на X (последнем) съезде партии (14–16 октября 1917 года), состоял членом комиссии кадетского ЦК по подготовке выборов в Учредительное собрание. Головин поддержал забастовку театров в знак протеста против Октябрьского переворота, а затем отказался передать дела представителям советской власти и сотрудничать с ними. Федор Александрович был выдвинут кандидатом в члены Всероссийского учредительного собрания от Москвы, Уфимской и Пензенской губерний, но избран не был. Кадеты получили лишь 15 мест, а принять участие в работе Собрания им вообще было не суждено.