К этому времени фиктивный брак Ковалевских стал фактическим, а в 1878 году у них родилась дочь Софья. Жизнь требовала немалых средств, добывать их было трудно. Шведский математик Миттаг-Леффлер, подружившийся с Ковалевской во время учебы у Вейерштрасса, и Чебышев пытались отвлечь Ковалевскую от пустого времяпрепровождения, уговорить ее изменить новый образ жизни, но Ковалевской понравились выходы в свет. К тому же, ни одна попытка устроиться на преподавательскую работу успеха не имела. Когда на основе подготовительных Аларчинских курсов в Петербурге открылись Бестужевские высшие женские курсы, Ковалевскую туда не пригласили даже читать бесплатные лекции. Один из многих чиновников, отказывавших Ковалевской в работе, самодовольно заметил: «У нас преподаванием всегда занимались мужчины. Справляются они со своими обязанностями, слава Богу, хорошо, поэтому не надо нам никаких нововведений!» Ковалевская на эти слова ответила: «Когда Пифагор открыл свою знаменитую теорему, он принес в жертву богам сто быков. Видимо, с тех пор скоты стали бояться нового!»
Пытаясь создать семье нормальные условия жизни, Владимир Ковалевский много сотрудничал в газете «Новое время», переводил и издавал научные труды, – денег все равно не хватало. Неудачные деловые спекуляции привели Ковалевских к разорению, весной 1880 года им пришлось уехать в Москву. Там, будучи директором «Общества русских фабрик минеральных масел Рагозина и Компании», Ковалевский стал жертвой новой аферы. Не выдержав давления обстоятельств, в апреле 1883 года он покончил с собой.
В ноябре трагического 1883 года Ковалевская приняла приглашение Миттаг-Леффлера занять должность приват-доцента в Стокгольмском университете. В Швеции математические способности Ковалевской получили, наконец, настоящее признание, а значит, возможность развития. Она быстро овладела шведским языком и уже летом 1884 года получила место профессора Стокгольмского университета, где в течение восьми лет прочла двенадцать полных курсов, в том числе курс механики.
В 1888 году Ковалевская опубликовала «Задачу о вращении твердого тела вокруг неподвижной точки». После классических работ Л. Эйлера и Ж. Лагранжа Ковалевская впервые продвинула решение задачи о вращении твердого тела вокруг неподвижной точки, найдя новый случай вращения не вполне симметричного гироскопа.
Следует заметить, что указанная работа не была просто математической игрой, связанной с расчетами движения запущенного волчка, хотя сам по себе такой волчок давно мучил ученых своими загадками. Непонятно было, например, почему ось стремительно вращающегося волчка совершает столь медленное вращение, удивительным казалось и то, почему волчок всегда стремится сохранить свое направление при действии на него внешних сил. Объяснения этих свойств ждали самые разные специалисты, например, астрономы, для которых планеты и солнца, в сущности, являются теми же волчками, а также оружейники, давно заметившие, что пули и снаряды гораздо точнее попадают в цель, если им придать вращательное движение.
В 1888 году за работу «Задача о вращении твердого тела вокруг неподвижной точки» Ковалевская была удостоена премии Бордена, выдаваемой Парижской академией наук.
«…Академия, не зная, разумеется, что я автор этой работы, – писала Ковалевская Чебышеву, – увеличила даже премию с ее обычного размера в 3000 до 5000 франков. Вы можете себе представить, как я была счастлива от этой выпавшей мне на долю чести».
В следующем году за работу, также посвященную вращению твердого тела, Ковалевская получила премию Шведской академии наук.
За границей Ковалевская получила всеобщее признание, но ей всегда хотелось работать в России. Пытаясь помочь Ковалевской, ее двоюродный брат генерал А. И. Косич обратился с письмом к президенту Академии наук великому князю Константину. В письме он напомнил великому князю известные слова Наполеона о том, что всякое государство должно дорожить возвращением выдающихся людей более, нежели завоеванием богатого города. К сожалению, генерал почти ничего не сказал о выдающихся научных заслугах Ковалевской, а потому его письмо не возымело реального действия.
В октябре 1889 года Чебышев с огорчением писал Ковалевской:
«Многоуважаемая Софья Васильевна!
Никто не сомневается, что вы всем сердцем преданы отечеству и что вы с радостью перешли бы из Шведского университета в Русский. В этом не может быть никакого сомнения; можно только сомневаться, что вы согласитесь променять университетскую кафедру в Швеции на место преподавателя математики Высших женских курсов у нас. Я полагаю, что такая перемена была бы большой жертвою с вашей стороны и жертвою в ущерб развитию высшей математики.