Относясь резко враждебно к идеям и взглядам Толстого, С. А. Толстая, по природе своей очень несдержанная, экспансивная, а в 1900-х годах и истерическая, делала жизнь мужа настолько тяжелой, что перед ним не раз вставала мысль об уходе из семьи. Но он не уходил (хотя и несколько раз пытался это сделать) для того, чтобы своим уходом «не нарушить любви». Жизнь в ненавистных ему барских условиях и с духовно чуждым ему человеком была для Толстого проверкой искренности и глубины его взглядов. Все Дневники его 1881—1910 гг. полны записями о том, насколько удавался или не удавался ему этот «экзамен», как он выражался.
Лето 1910 г. было для Толстого поворотным пунктом. Постепенно он всё более и более приходил к сознанию, что его жизнь в Ясной поляне есть ненужная и бесполезная жертва, и в ночь с 27 на 28 октября 1910 г. он осуществил свою давнишнюю мечту ухода из Ясной поляны. Обстоятельства, подготовившие уход Толстого, записаны им в его Дневнике 1910 г. (см. т. 58).
Уход, а затем смерть Толстого потрясли Софью Андреевну, и она даже покушалась на самоубийство. Скончалась С. А. Толстая от воспаления легких 5 ноября 1919 г. в Ясной поляне и похоронена на кладбище с. Кочаки в 3 верстах от Ясной поляны.
В мае 1883 г. Толстой, отказавшись от собственности на землю, имущество и от прав литературной собственности, выдал доверенность С. А. Толстой на ведение всех дел и издание его сочинений, написанных по 1881 год. Сделавшись таким образом монопольной издательницей этих сочинений, С. А. Толстая в течение двадцати шести лет (с 1886 по 1911 г.) выпустила восемь изданий собрания сочинений Толстого и большое количество изданий отдельных произведений.
С. А. Толстая принимала ближайшее участие в печатании и продаже этих изданий: заключала договоры с владельцами типографий, правила корректуры и организовала склад изданий во флигеле своего дома в Москве. Только благодаря ее личным хлопотам удалось снять запрещение с «Крейцеровой сонаты» в 1890 г. С. А. Толстая неоднократно выступала в печати с «открытыми письмами». В 1892 г. в «Неделе» (№ 13) напечатано было «Опровержение гр. С. А. Толстой слухов об аресте гр. Л. Н. Толстого», в 1901 г., после постановления Синода об отлучении Толстого от церкви она написала открытое письмо к митрополиту Антонию, который отвечал ей тоже открытым письмом (см. «Церковные ведомости» 1901, № 7); в 1902 г. С. А. Толстая послала в редакцию газеты «Русские ведомости» сообщение о состоянии здоровья Толстого («Русские ведомости» 1902, № 342); в 1903 г. С. А. Толстая выступила с письмом-протестом против произведений Леонида Андреева («Новое время» 1903, № 9673 от 7 февраля); в 1905 г. в ответ на статью Я. Г. Буланова в «Московских ведомостях» «Толстой и освободительное движение» С. А. Толстая напечатала статью «Из Ясной поляны»; в 1909 г. (12 марта) она протестовала в газетах против высылки В. Г. Черткова из Тульской губернии.
Кроме этих писем перу С. А. Толстой принадлежит ряд беллетристических произведений. В юности ею была написана уничтоженная впоследствии повесть «Наташа». В 1895 г. был напечатан в журнале «Детское чтение» (№ 12) «Бабушкин клад. Предание», а в 1904 г. под псевдонимом «Усталая» в «Журнале для всех» (№ 3) — девять стихотворений в прозе под общим заглавием: «Стоны». В 1910 г. вышел в свет сборник детских рассказов «Куколки-скелетцы» (с 8 рисунками в красках, исполненными по плану автора художником А. Моравовым. М. 1910, 8о, 34 стр.). — Неопубликованными остались повесть «Песня без слов» (1895—1900 гг.) и повесть по поводу «Крейцеровой сонаты».
Особое место занимают писания С. А. Толстой, относящиеся к жизни и творчеству Толстого. Ей принадлежит первый появившийся в печати биографический очерк Толстого (проредактированный им самим) в издании М. М. Стасюлевича «Русская библиотека. IX. Граф Лев Николаевич Толстой». Спб. 1879. В 1870—1881 гг. ею же сделан ряд ценных записей о работе над историческими романами «Петр I» и «Декабристы», об «Анне Карениной» и о ссоре Толстого с Тургеневым. В 1913 г. С. А. Толстой с ее примечаниями изданы «Письма Л. Н. Толстого к жене» (второе издание в 1915 г.).
С. А. Толстой принадлежит перевод на французский язык сочинения Толстого «О жизни». По просьбе Толстого ею переведено с немецкого «Учение 12 апостолов» и с английского «О секте бехаистов».
В течение пятидесяти лет, в 1860—1910 гг., С. А. Толстая часто вела дневник. Из записей эпохи до замужества сохранился один отрывок 1860 г. «Поездка к Троице». Дневники 1862—1910 гг. изданы в четырех частях под редакцией С. Л. Толстого («Дневники С. А. Толстой. 1860—1891, изд. Сабашниковых. М. 1928; то же, часть вторая. 1891—1897, изд. Сабашниковых. М. 1929; то же, 1897—1909, изд. «Север». М. 1932; «Дневники С. А. Толстой за 1910 год, изд. «Советский писатель». М. 1936.