В Исполнительный комитет республики было избрано 11 человек (7 большевиков, 3 эсера и 1 меньшевик). 14 февраля был избран Совнарком республики под председательством Артема.
Значительный вклад в развитие идеи административного обособления Донецкого угольного бассейна и Криворожского рудного района внес еще в царское время Совет Съезда горнопромышленников юга России (ССГЮР). Их не устраивало разделение Донецко-Криворожского промышленного региона на Екатеринославскую, Харьковскую губернии и автономную Область Войска Донского. С конца XIX века предприниматели указывают на его «экономическую неделимость» в составе России. К Февральской революции 1917 года в Донецко-Криворожском регионе сложился консенсус экономических и политических элит по поводу необходимости объединить угольные и металлургические районы края в одну область со столицей в Харькове или Екатеринославе. Осуществлением этой идеи стало создание в марте 1917 года особого Донецкого комитета под руководством инженера М. Чернышова.
25 апреля — 6 мая 1917 года в Харькове состоялся I Областной съезд Советов рабочих депутатов Донецкой и Криворожской областей, на котором завершился процесс административного объединения Харьковской и Екатеринославской губерний, Криворожского и Донецкого бассейнов. Область разбили на 12 административных районов, в каждый из которых входило 10–20 местных советов. При формировании новой области игнорировалось старое административное деление Российской империи: в нее вошли Макеевка и Мариуполь, которые принадлежали к Области Войска Донского, а также Кривой Рог, относившийся к Херсонской губернии. Председателем Совета и Исполкома Донецко-Криворожского объединения был избран эсер Лев Голубовский.
Летом 1917 года, когда возник спор между Временным правительством и Центральной радой о распространении юрисдикции последней не только на земли, исконно считавшиеся Малороссией, но и на Новороссию и часть Донбасса, руководство ССГЮР обратилось к Временному правительству с настоятельным требованием не допустить передачи «южной горной и горнозаводской промышленности — основы экономического развития и военной мощи государства» под контроль «провинциальной автономии и, может быть, даже федерации, основанной на резко выраженном национальном признаке».
«Весь этот район как в промышленном отношении, так и в географическом и бытовом представляется совершенно отличным от Киевского. Весь этот район имеет свое совершенно самостоятельное первостепенное значение для России, живет самостоятельною жизнью, и административное подчинение Харьковского района Киевскому району решительно ничем не вызывается, а, наоборот, как совершенно не отвечающее жизни, такое искусственное подчинение только осложнит и затруднит всю жизнь района, тем более что это подчинение диктуется вопросами не целесообразности и государственными требованиями, а исключительно национальными притязаниями руководителей украинского движения».
Комиссия Временного правительства 4 (17) августа 1917 года направила Генеральному секретариату (правительству) Центральной рады «Временную инструкцию», согласно которой правомочность Генерального секретариата распространялась лишь на пять из девяти заявленных губерний: Киевскую, Волынскую, Подольскую, Полтавскую и Черниговскую, да и то за исключением нескольких уездов. В апреле 1918 года, когда к Харькову подступали немецкие войска, именно на этот документ ссылался Артем, обосновывая правомерность границ между Донецкой Республикой и УНР, правительство которой пригласило оккупационные войска.
«…В настоящее время мы порвали с Временным правительством и приступили к образованию своей власти, к организации которой будет привлечен весь Донецкий бассейн».
1 сентября он телеграфировал в Центральный Комитет Российской социал-демократической рабочей партии (большевиков) (ЦК РСДРП(б)) о создании «революционного штаба»: «Штаб — верховный орган, не подчиненный Временному правительству и сосредоточивший в себе всю власть на местах. Фактически это было декретированием республики Харьковской губернии».
«Развернуть широкую агитацию за то, чтобы оставить весь Донецко-Криворожский бассейн с Харьковом в составе Российской Республики и отнести эту территорию к особой, единой административно-самоуправляемой области».
17 (30) ноября 1917 года пленум Облисполкома отверг III Универсал Центральной Рады, заявившей претензии на Донецкий и Криворожский бассейны, и потребовал проведения референдума по вопросу самоопределения края.
На III Областном съезде Советов в декабре 1917 года руководство Советом перешло к большевикам: председателем Совета был избран Борис Магидов, а Президиума Исполкома — Семен Васильченко, члены РСДРП(б).
Местные Советы неоднозначно оценили создание Донецко-Криворожской Советской Республики. Бахмутский и Юзовский Советы поддержали, в Екатеринославе городской Совет был против создания республики, а районный — за.
За два месяца до провозглашения Донецко-Криворожской Советской Республики (11–12 (24–25) декабря 1917 года) в Харькове состоялся альтернативный Первый Всеукраинский съезд Советов рабочих, солдатских и крестьянских депутатов, который провозгласил Украину советской республикой (республикой Советов рабочих, крестьянских, солдатских и казачьих депутатов). В альтернативном съезде участвовали 127 делегатов, покинувших Киевский съезд Советов, и 73 делегата III Чрезвычайного съезда Донецко-Криворожского бассейна, проходившего в Харькове. 19 декабря 1917 (1 января 1918) года Совет народных комиссаров РСФСР признал Народный секретариат УНРС единственным законным правительством Украины.
Провозглашение самостоятельной ДКСР противоречило указаниям Ленина, и ЦК РСДРП(б) неодобрительно отнесся к выделению Донбасса и Криворожья в отдельную республику. Отрицательное отношение Ленина к этим действиям было высказано в письме к Г. Орджоникидзе от 14 марта. В телеграммах, адресованных представителям Совета Народных Комиссаров на Украине, Владимир Ленин требовал «сурового соблюдения суверенитета Советской Украины, невмешательства в деятельность Центральных исполнительных комитетов (ЦИК) Советов Украины, тактичности в национальном вопросе, заботы об укреплении сотрудничества Украинской и Российской Советских республик». Председатель Всероссийского Центрального Исполнительного Комитета (ВЦИК) Яков Михайлович Свердлов 17 февраля, отвечая на телеграмму Артема, в которой сообщалось о создании Донецко-Криворожской Республики и о выделении ее из состава Советской Украины, направил ему телеграмму: «Выделение считаем вредным».
Ленин и значительная часть ЦК РСДРП(б) были заранее осведомлены о намерениях местных большевиков (в первую очередь Артема) и не имели принципиальных возражений против провозглашения Донецкой Республики в отличие от И. Сталина, отвечавшего в ЦК за национальный вопрос. Руководство Советской России де-факто признало Донецкую Республику и поддерживало официальную переписку с ее органами.
На пленуме ЦК РКП (б) 15 марта 1918 года, прошедшем на фоне разворачивающейся оккупации территории Украины австро-германскими войсками, в присутствии Владимира Ленина и представителей Советской Украины Артема, Владимира Затонского и Василия Шахрая были рассмотрены положение на Украине, взаимоотношения между Народным секретариатом УНРС и Совнаркомом Донецко-Криворожской Республики. Постановление Пленума также свидетельствует об отрицательном отношении ЦК к обособлению Донецко-Криворожской Республики. Пленум решительно заявил, что Донбасс является частью Украины, и обязал всех партийных работников Украины, в том числе Донецкого и Криворожского бассейнов: а) принять участие в созывавшемся в Екатеринославе II Всеукраинском съезде Советов; б) создать на этом съезде единое правительство для всей Украины; в) всем партийным работникам Украины сообща работать над созданием единого фронта обороны против наступавших австро-германских оккупантов. Представителем Центрального Комитета Российской коммунистической партии (большевиков) (ЦК РКП(б)) на Украине был утвержден Серго Орджоникидзе.
Границы республики были заявлены в обращении Совета народных комиссаров (СНК) ДКСР от от 6 апреля 1918 года.
В ее состав вошли территории Харьковской и Екатеринославской губерний (целиком), часть Криворожья Херсонской губернии, часть уездов Таврической губернии (до Крымского перешейка) и прилегающих к ним промышленных (угольных) районов области Войска Донского по линии железной дороги Ростов-Лихая (фактически все Левобережье). Сейчас это нынешние Донецкая, Луганская, Днепропетровская и Запорожская области, частично Харьковская, Сумская, Херсонская, Николаевская и российская Ростовская. Столицей республики был Харьков, затем Луганск.
9 февраля 1918 года Украинская Народная Республика и центральные державы подписали сепаратный мирный договор, и менее чем через неделю после провозглашения ДКСР германо-австрийские войска по приглашению правительства УНР вступили на территорию Украины для защиты ее от Советской России и начали масштабное и быстрое продвижение на восток. Уже 1 марта они были в Киеве. 18 марта немецкие войска вторглись в пределы ДКР.
Для отпора оккупационным войскам был организован набор добровольцев в Красную армию Донбасса. Командующим армии был выбран Анатолий Ильич Геккер (командующие — П. Баранов, А. Круссер). Из-за неравенства сил вооруженные отряды ДКСР были вынуждены отступать.
19 марта на II Всеукраинском съезде Советов в Екатеринославе было принято решение объединить все советские государственные образования на территории Украины в Украинскую Советскую Республику для создания единого фронта против вторжения. Артем и часть представителей ДКСР, присутствовавшие на съезде, фактически признали это решение. Семен Васильченко, Михаил Жаков и Виктор Филов стали в оппозицию, настаивая на сохранении самостоятельности Донецко-Криворожской Советской Республики, и подали в отставку.