Понимая, какую огромную научную ценность представляют рукописи Толстого, Софья Андреевна в 1888—1889 гг. с согласия Льва Николаевича привезла рукописи 1850-х—1880-х гг. в Москву и поместила их на хранение в Отделение рукописей Румянцевского музея. 12 января 1904 г. рукописи были перевезены ею на хранение в Исторический музей в Москве, где было организовано «Отделение имени Л. Н. Толстого», но 28 и 29 января 1915 г. рукописи снова были переданы на хранение в Румянцевский музей (ныне Всесоюзная библиотека им. В. И. Ленина), где они и хранятся в настоящее время. В 1924 г. при Отделении рукописей основан «Кабинет имени Л. Н. Толстого».
Первые восемнадцать лет супружеской жизни С. А. Толстой несмотря на всё различие натур и характеров с мужем, прошли без крупных столкновений, но с начала 1880-х годов начинается период полного духовного разрыва между Толстым и его женой. Сам Лев Николаевич в письме к Софье Андреевне от 14 июля 1910 г. писал об этом так: «Всё в нашем понимании жизни было прямо противоположно: и образ жизни, и отношение к людям, и к средствам жизни, собственности, которую я считаю грехом, а ты — необходимым условием жизни». («Письма гр. Л. Н. Толстого к жене», изд. 2. М. 1914, стр. 587.)
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».