В январе 1906 года 22-летний Бустрем становится профессиональным революционером, берет фамилию Логинов и переходит на нелегальную партийную работу. Чтобы избежать ареста в Петербурге, ЦК РСДРП командирует его в Севастополь.

Исследователь жизни и деятельности Логинова-Бустрема Владислав Голдин в одной из своих научных работ пишет:

«Спустя четверть века бывший секретарь Севастопольского комитета большевиков Серафимов (Софрон) вспоминал, что летом 1906 года в Севастополь приехал товарищ Алексей. Это и был В.В. Бустрем. Серафимов отмечал, что приезд товарища Алексея оказался как нельзя кстати. Он отличался серьезностью, большевистской настойчивостью и хорошей марксистской подготовкой. Алексей работал главным образом среди военных моряков».

Владимир Бустрем принимал активное участие в деятельности военно-боевых организаций РСДРП Севастополя, Либавы, Риги. В ноябре 1906 года, как представитель от Севастополя, участвовал в 1-й конференции военных и боевых организаций РСДРП в Таммерфорсе (Тампере). После ее окончания остался в Финляндии и был избран членом Центральной группы военной социал-демократической (большевистской) организации. Входил также в состав Прибалтийского бюро военных и боевых организаций РСДРП. Вел работу сначала в Выборге, а затем в Гельсингфорсе (Хельсинки) среди солдат местного гарнизона.

С 1907 года В.В. Бустрем нелегально проживал в Либаве. В мае — июне того же года в качестве делегата от либавской военной организации участвовал в V съезде РСДРП в Лондоне. По его окончании на съезде латышской социал-демократии Бустрем делал доклад о целях и задачах военных организаций и об их положении в общепартийной работе.

По возвращении в Россию в июле 1907 года Владимир Бустрем был арестован в Петербурге по доносу провокатора. Почти полтора года предварительного тюремного заключения он провел в печально известной тюрьме «Кресты». 13 ноября 1908 года по «Делу о боевой организации РСДРП» Бустрем был приговорен к шести годам каторги. В петербургской пересыльной тюрьме он находился вместе с братьями М.А. и Д.А. Трилиссерами, Е.М. Ярославским и другими большевиками. Затем Бустрема перевели в Вологодскую каторжную тюрьму. После состоявшегося там столкновения с охранниками его отправили «на перевоспитание» в Ярославский централ. В обеих этих тюрьмах он сидел в одиночке. После освобождения из тюрьмы Бустрем был направлен в ссылку в Восточную Сибирь, в село Коченга Киренского уезда Иркутской губернии. Последние два года ссылки жил в Иркутске, работал в обществе служащих и рабочих Забайкальской железной дороги.

После Февральской революции в конце марта 1917 года В.В. Бустрем переехал на жительство в Архангельск, был кооптирован в местный Совет рабочих и солдатских депутатов и избран в его исполком. С июня 1917 года — председатель Архангельского Совета рабочих и крестьянских депутатов. В 1918—1920 годах, во время захвата Архангельска белогвардейцами и интервентами, Бустрем находился в большевистском подполье.

Упоминавшийся уже исследователь Владислав Голдин, в частности, пишет:

«Судьба людей, работавших в архангельском подполье, глубоко трагична, многие из них погибли. Союзная и белая контрразведки весьма профессионально работали по внедрению в его ряды своих агентов и провокаторов…

Бустрем работал в “белом” Архангельске по своей специальности — на поприще статистики, являясь заведующим отделом статистики губернского земства, поэтому мог обладать необходимой и ценной для красных информацией. К тому же он был далеко не новичок в подпольной деятельности, а занимался этим несколько лет, причем работая в военных и боевых организациях большевиков, что постоянно грозило ему тогда высшей мерой. Напомним, что арестован Бустрем в свое время был вследствие доноса провокатора и, несомненно, должен был извлечь из этого надлежащие уроки… Подобного ему опыта работы на подпольном поприще не имел никто из организаторов и членов архангельского большевистского подполья. Может быть, поэтому ему и удалось уцелеть?»

После освобождения Архангельска В.В. Бустрем работал заведующим архангельским губернским статистическим бюро. В июне 1920 года, на IV Архангельском губернском съезде Советов рабочих, крестьянских и красноармейских депутатов, был избран членом губисполкома.