در سال ۶۳۰ میلادی مردم مکه تسلیم شدند و مکه توسط محمد فتح شد. وی از علی خواست تا ضمانت کند که این پیروزی بدون خون ریزی خواهد بود. در نتیجه تسلیم اهالی مکه و منع محمد از مسلمانان فاتح از انتقام گیری از مکیان، این عمل صورت پذیرفت. محمد به وی دستور داد تا کعبه را بتهای دوران جاهلیت پاک سازی کند.

علی، به جز یک جنگتقریباً در تمام لشکرکشی‌های دوران محمد شرکت داشت. او معمولاً علم دار سپاه محمد بود و در دو لشکرکشی (فدک در سال ششم هجری مصادف با ۶۲۸ میلادی و لشکرکشی یمان بسال ده هجرت و مصادف با ۶۳۲ میلادی) فرمانده سپاه اسلام بود. شجاعت علی در سفرهای نظامی مبدل به افسانه گردیده‌است. وی به همراه حمزه، ابودجانه و زبیر به خاطر حملاتش به دشمن شناخته می‌گردد. گفته می‌شود که در جنگ بدر وی به تنهایی بیش از یک‌سوم افراد دشمن را کشت. در سال ۵ هجری/۶۲۷ میلادی، او به دست خود، دشمنانی را که از سوی محمد به مرگ محکوم شده‌بودند، اعدام کرد و به همراه زبیر، بر کشتار قبیله بنی‌قریظه نظارت نمود. او به طور محکم و قاطع در جنگهای احد مصادف با ۶۲۵ میلادی و حنین مصادف با ۶۳۰ میلادی از محمد محافظت کرد. پیروزی مسلمانان در جنگ خیبر، که در آن علی در سنگین آهنی ای را به عنوان سپر خود به کار برد، به شجاعت وی نسبت داده می‌گردد.بر طبق روایتی، جبرئیل در خصوص رزم علی و شمشیر ذوالفقار که علی از محمد گرفته بود، اشاره کرد و به محمد گفت "جوانمردی جز علی و شمشیری جز ذوالفقار وجود ندارد." علی با جنگ‌جوی بزرگ قریش، طلحه بن ابی‌طلحه که رجز می‌خواند که هر مسلمانی را که به مصافش بیاید را شکست می‌دهد، جنگید. وقتی که طلحه بن ابی‌طلحه، از علی شکست خورد، با بیان جمله «کرم الله وجهه» از وی تقاضای رحمت کرد. این دعای خیر، یکی از القاب علی گردید که بیشتر توسط اهل سنت به کار برده می‌شود. این عبارت که معمولاً با کلمات دیگری همراه می‌گردد، به منظور درود فرستادن و دعای خیر کاربرد دارد.

در یکی از نبردهای تن‌به‌تن وی که با عمرو بن عبدود٬ یکی از پهلوانان بزرگ عرب در جنگ احزاب بود٬ علی با حیلتی بر او پیروز شد.

علی در این دوران از سوی محمد، چندین ماموریت مهم را عهده دار شد. محمد وی را به عنوان یکی از کاتبان متن قرآن منصوب نمود. نقش علی در تدوین نسخهٔ مکتوب قرآن، یکی از مهمترین مشارکتهای وی در اسلام محسوب می‌گردد. پس از هجرت، محمد هنگامی که میان مهاجرین و انصار پیوند برادری می‌بست، علی را به‌عنوان برادر خودش برگزید. علی در سال ۹ هجری مصادف با ۶۳۱ میلادی نویسنده متن صلح حدیبیه بود. در سال۶۳۰ میلادی، سال قبل از فتح مکه، هنگامی که ابوبکر حج را رهبری می‌کرد، محمد سورهٔ «برائت از مشرکان (توبه)» را  به وسیلهٔ علی به مکیان ابلاغ کرد.یک سال بعد از آن محمد، علی را برای گسترش تعالیم اسلام، به یمن فرستاد. علی کسی بود که برای شکستنبت‌های درون کعبه و دیگر بت‌هایی که توسط قبیله‌های اوس و خزرج و طیء پرستیده می‌شد، انتخاب شد.همچنین علی ماموریت یافت تا کشمکشها را حل و فصل و شورشهای قبایل گوناگون را سرکوب کند.

مدت کمی پس از آمدن علی به مدینه، محمد به علی گفت که خداوند به وی فرمان داده‌است که دخترش فاطمه زهرا را به ازدواج وی درآورد. با اینکه چندهمسری مجاز بود، علی در زمان حیات فاطمه، با زن دیگری ازدواج نکرد. ازدواج علی با فاطمه، دارای اهمیت معنوی خاصی برای تمام مسلمانان است. زیرا به عنوان ازدواجی میان مهمترین شخصیتهای مقدس از خویشان محمد تلقی می‌گردد. محمد که تقریباً هر روز به دیدار دخترش می‌آمد، با این ازدواج به علی نزدیک تر گردید و یک بار به وی گفت که تو برادر من در این دنیا و آخرت هستی. پس از مرگ فاطمه، علی با زنان دیگری ازدواج نمود و صاحب فرزندان بسیار دیگری شد.^[۴۰] خانواده‌ای که از ازدواج این دو تشکیل شد، مکرراً از سوی محمد مورد ستایش قرار می‌گرفت و محمد از آن در واقعه‌هایی مانند رویداد مباهله و حدیث آل عبا، به عنوان اهل بیت یاد کرد. در قرآن نیز در موارد متعددی مانند آیه تطهیر، از اهل بیت به بزرگی یاد شده‌است.

منابع شیعی و سنی تصدیق می‌کنند که حوادث رخ داده در سال ۶۲۲ میلادی، مهمترین بخش از زندگی محمد را تشکیل می‌دهد. محمد که می‌دانست دشمنانش در حال کشیدن نقشه برای قتل وی بودند، از علی خواست که به جای وی در بسترش بخوابد.شبی که محمد از مکه به مدینه هجرت کرد، علی جان خود را به‌خطر انداخت و در بستر محمد خوابید؛محمد به همراه ابوبکر مخفیانه مکه را ترک کرد و چندین روز بعد به یثرب، که زین پس مدینه نامیده شد، رسید و این هجرت مبدا تقویم هجری گردید. وقتی دشمنان با خنجرهای کشیده وارد خانه محمد شدند، با دیدن علی بسیار شگفت زده شدند و به وی آسیبی نرساندند.^[بنابر تفسیر سید محمدحسین طباطبایی در المیزان، آیه ۲۰۷ سوره بقره به این امر اشاره دارد: «از مردم کسانی هستند که جان خود را در راه جلب رضایت خداوند تقدیم می‌دارند و خداوند به بندگان خود رئوف است.». علی در انتظار فرمان جدید، چند روز دیگر در کنار خانواده محمد ماند.محمد از علی خواست که اموالی را که قبلاً مردم به وی به امانت داده بودند به صاحبانش باز گرداند و علی این کار را انجام داد. پس از انجام این کار، علی مکه را به مقصد مدینه ترک کرد. به دستور محمد، علی به قبا در حومه شهر مدینه آمد. بر طبق برخی منابع، علی یکی از اولین کسانی از مهاجرین بود که به مدینه آمد. در این زمان وی ۲۲ یا ۲۳ سال داشت.

دعوت محمد به اسلام در مکه ۱۳ سال به طول انجامید که از این ۱۳ سال، ۳ سال به طور مخفیانه بوده‌است. در پایان این ۳ سال و در ابتدای دعوت علنی، محمد ۴۰ تن از خویشان و بستگان خود را به میهمانی دعوت کرد. در این میهمانی قسم یاد کرد که اگر خورشید را به دست راستش و ماه را به دست چپش بدهند از دعوت به اسلام دست بر نخواهد داشت. در پایان از خویشانش پرسید چه کسی حاضر است او را در این کار یاری کند و اگر یاری کند جانشین بعد از او خواهد بود اما هیچ یک از بستگانش پاسخ مثبت نداد مگر علی. پیامبر در پاسخ به علی سکوت کرد و برای بار دوم و سوم این درخواست را تکرار نمود که باز با سکوت خویشان و جواب مثبت علی مواجه شد. پس از بار سوم، پیامبر علی را جانشین و خلیفه خود خواند در حالی که در آن زمان، علی نوجوانی بیش نبود و این کار پیامبر باعث تمسخر او در میان خویشاوندانش و طعنه به ابی طالب پدر علی شد که در آن مجلس حضور داشت. بنابراین پیامبر جانشینی اش را مزد یاری کننده اش در استقرار اسلام قرار داد که این مزد در آغاز دعوت علنی به علی وعده داده شد. پیامبر وی را «برادر و وصی و جانشین خود» نامید. <"/ref name="EI3>

در این دوران (۶۱۰ تا ۶۲۲ میلادی) که محمد نخستین وحی‌های خود را دریافت می‌کرد، علی به همراه زید بن حارثه پسر خوانده محمد، ابوبکر از بزرگان قبیله قریش و خدیجه از یاران وفادار محمد بودند. او کمک کرد که هسته اولین جامعه اسلامی شکل بگیرد. در این سالها، وی بیشتر وقت خود را صرف تامین مایحتاج مومنان در مکه به خصوص فقرایشان، با تقسیم دارایی خود میانشان و کمک در امور روزمره آنها می‌نمود.

هنگامی که محمد اعلام دریافت وحی الهی نمود، علی، که در آن زمان ۱۰ ساله بود، به او ایمان آورد و مسلمان شد.

طبری روایت‌های مختلفی که هر کدام علی، ابوبکر و زید پسر حارثه را اولین فرد مذکر اسلام‌آورنده معرفی می‌کنند را نقل می کند و تصمیم نهایی در مورد هویت اولین فرد را به خواننده واگذار می‌کند.بر طبق برخی منابع (ابن سعد، طبقات الکبری؛ طبری، تاریخ الرسل و الملوک)ابوبکر اولین مردی بود که مسلمان شد این در حالی است که همین ادعا برای علی و زید بن حارثه هم وجود دارد

طبق گفته مورخینی مانند ابن اسحاقو مورخانی چون ابن حزام و محققانی چون جان اسپوزیتو علی اولین مردی بود که اسلام آورد. دانشنامهٔ بریتانیکا و جان اسپوزیتو، علی را دومین فرد مسلمان بعد از خدیجه می‌دانند. وقتی علی اسلام آورد، ابوطالب گرچه از پرستش خدایان دست نکشید، اما تصمیم علی را پذیرفت و به وی گفت چون محمد تو را به راهی جز درست کاری هدایت نمی‌کند، از محمد پیروی کن و به وی نزدیک باش.

طبق گفته واسیا واگلیری علی جز اولین ایمان آورندگان بود چه نفر دوم (پس از خدیجه)، چه نفر سوم (پس از خدیجه و ابوبکر) که مورد جدال شیعه و سنی هست.

زمانی که علی ۶ ساله بود، پدر او ابوطالب، رئیس بنی‌هاشم، دچار مشکل مالی گردید. محمد که خود در کودکی تحت سرپرستی ابوطالب قرار گرفته بود و در این زمان سنش از ۳۰ سال گذشته بود، برای سبک کردن بار عایلهٔ وی به او پیشنهاد کرد که سرپرستی علی را او بر عهده بگیرد. ابوطالب پذیرفت و علی از کودکی در خانه محمد و تحت نظر او قرار گرفت.

بر طبق منابع تاریخی قدیمی تر، علی در روز سیزدهم رجب و حدود سال ۶۰۰ میلادی در مکه متولد گردید. پدر وی ابوطالب و مادرش فاطمه بنت اسد است. منابع زیادی، خصوصاً منابع شیعه نوشته‌اند که وی تنها کسی است که در خانه کعبه به دنیا آمد. علی از طرف پدر و مادر با محمد خویشاوند است. وقتی پدر محمد درگذشت، ابوطالب که عموی محمد بود، قیم وی گردید. وقتی که مادر محمد درگذشت، فاطمه بنت اسد نقش مادر را برایش داشت. روبرت گلیو می نویسد مسلمان بودن یا نبودن ابوطالب مورد بحث و مناقشه است و وی نمونه خوبی در بحث های دین شناسی پیرامون وضعیت افراد پرهیزگار درگذشته قبل از رسالت محمد است. فاطمه بنت اسد آشکارا اسلام آورد و مورد توجه محمد بود و گفته می شود اولین کسی است که ولایت علی را به رسمیت شناخت.

نام‌ها و عناوین مختلفی در سنّت اسلامی به علی نسبت داده شده‌است که برخی از آنها بیانگر ویژگی‌های شخصی او و برخی مشتق شده از قسمت‌های خاصی از زندگی او است. برخی از این عناوین عبارتند از ابوالحسن، ابوتراب، مرتضی، اسدالله («شیر خدا»)، حیدر («شیر») و به طور خاص در میان شیعه، امیرالمؤمنین و مولی المتقین. به عنوان مثال، لقب ابوتراب لحظه‌ای را به یاد می‌آورد که محمد وارد مسجدی شد و دید علی در آنجا که پر از خاک است، خوابیده‌است و محمد به وی گفت ای ابوتراب، برخیز. لارا وسیا وگلییری درباب لقب ابوتراب بر این باور است که احتمالاً توسط دشمنان علی به وی داده شده و روایاتی ساختگی در سده‌های بعد به وجود آمده که به این لقب جلوهٔ افتخار آمیز داده شود.شیعیان دوازده‌امامی لقب امیرالمؤمنین را منحصر به علی می‌دانندباتوجه به حدیثی که از پیامبر اسلام نقل شده‌است.