Из Одессы Толстые отправились сначала в Константинополь, а затем в Париж, в эмиграцию. Писать Алексей Николаевич не перестал и там: в эти годы увидела свет ностальгическая повесть «Детство Никиты», а также роман «Хождение по мукам» — первая часть будущей трилогии. В Париже Толстому было тоскливо и неуютно. Он любил не то чтобы роскошь, но, так сказать, должный комфорт. А достичь его никак не удавалось. В октябре 1921-го он снова переезжает, на сей раз — в Берлин. Но и в Германии житье было не из лучших: «Жизнь здесь приблизительно как в Харькове при гетмане, марка падает, цены растут, товары прячутся», — жаловался Алексей Николаевич в письме И. А. Бунину.
Отношения с эмиграцией портились. За сотрудничество в газете «Накануне» Толстого исключили из эмигрантского Союза русских писателей и журналистов: против голосовал один лишь А. И. Куприн, И. А. Бунин — воздержался… Мысли о возможном возвращении на родину все чаще овладевали Толстым.
В августе 1923 года Алексей Толстой вернулся в Россию. Точнее, в СССР. Навсегда.
«И сразу же впрягся в работу, не давая себе никакой передышки»: в театрах без конца ставились его пьесы; в Советской России Толстой написал и одну из лучших своих повестей «Похождения Невзорова, или Ибикус» и завершил начатый еще в Берлине фантастический роман «Аэлита», наделавший немало шума. К фантастике Толстого в писательских кругах отнеслись с подозрением. «Аэлиту», так же как вышедшие позднее утопический рассказ «Голубые города» и авантюрно-фантастический роман «Гиперболоид инженера Гарина», написанный в духе популярного тогда «красного Пинкертона», не оценили по достоинству ни И. А. Бунин, ни В. Б. Шкловский, ни Ю. Н. Тынянов, ни даже дружественный К. И. Чуковский.
А Толстой с улыбкой делился со своей женой, Натальей Крандиевской: «Кончится дело тем, что напишу когда-нибудь роман с привидениями, с подземельем, с зарытыми кладами, со всякой чертовщиной. С детских лет не утолена эта мечта…
Насчет привидений — это, конечно, ерунда. Но, знаешь, без фантастики скучно все же художнику, благоразумно как-то… Художник по природе — враль, вот в чем дело!» Прав оказался А. М. Горький, который сказал, что «написана „Аэлита“ очень хорошо и, я уверен, будет иметь успех». Так оно и вышло. Возвращение Толстого в Россию вызвало самые разные толки. Эмигранты сочли этот поступок предательством и сыпали по адресу «советского графа» страшными проклятиями. Большевиками же писатель был обласкан: со временем он сделался личным другом И. В. Сталина, постоянным гостем на пышных кремлевских приемах, был награжден многочисленными орденами, премиями, избран депутатом Верховного Совета СССР, действительным членом Академии Наук. Но социалистический строй не принял, скорее, приспособился к нему, смирился с ним, а потому, как и многие, часто говорил одно, думал — другое, а писал — совершенно третье. Новые власти не скупились на подарки: у Толстого было целое поместье в Детском Селе (как и в Барвихе) с роскошно обставленными комнатами, два или три автомобиля с личным шофером. Писал он по-прежнему много и разно: без конца дорабатывал и перерабатывал трилогию «Хождение по мукам» и тогда же вдруг взял да и подарил детям так полюбившуюся им деревянную куклу Буратино — пересказал на свой лад известную сказку Карло Коллоди о приключениях Пиноккио. В 1937 году сочинил «просталинскую» повесть «Хлеб», в которой поведал о выдающейся роли «отца народов» при обороне Царицына в годы Гражданской войны. И до последних дней трудился над своей главной книгой — большим историческим романом об эпохе Петра Великого, замысел которого возник, возможно, еще до революции, во всяком случае, уже в конце 1916-го, а в 1918-м появились такие рассказы, как «Наваждение», «Первые террористы» и, наконец, «День Петра». Прочтя «Петра Первого», даже угрюмый и желчный Бунин, строго судивший Толстого за его понятные человеческие слабости, пришел в восторг.
Великая Отечественная война застала Алексея Толстого уже известным писателем в возрасте 58 лет. Во это время он часто выступает со статьями, очерками, рассказами, героями которых были люди, проявившие себя в тяжелых испытаниях войны. И все это — несмотря на прогрессирующую болезнь и связанные с ней поистине адские муки: в июне 1944-го врачи обнаружили у Толстого злокачественную опухоль легкого. Тяжелая болезнь не дала ему дожить до конца войны. Он умер 23 февраля 1945 в Москве.