回到庄园后，他企图改善农民生活，因得不到农民信任而中止。1849年4月曾到彼得堡参加法学士考试，只考了两门课就突然回家。次年秋天为农民子弟兴办学校。12月被提升为十四品文官，实际上却周旋于亲友和莫斯科上流社会之间。但他渐渐对这种生活和环境感到厌倦，1851年4月底随同服军役的长兄尼古拉赴高加索，以志愿兵身份参加袭击山民的战役，后作为“四等炮兵下士”在高加索部队中服役两年半。虽然表现优异，但也有赖亲戚的提携才晋升为准尉。1854年3月，他加入多瑙河部队。克里木战争开始后，自愿调赴塞瓦斯托波尔，曾在最危险的第四号棱堡任炮兵连长，并参加这个城市的最后防御战。在各次战役中，看到平民出身的军官和士兵的英勇精神和优秀品质，加强了他对普通人民的同情和对农奴制的批判态度。
托尔斯泰在高加索时开始创作，在《现代人》杂志上陆续发表《童年》、《少年》和《塞瓦斯托波尔故事》等小说。1855年11月他从塞瓦斯托波尔来到彼得堡，作为知名的新作家受到屠格涅夫和涅克拉索夫等人的欢迎，并逐渐结识了冈察洛夫、费特、奥斯特洛夫斯基、德鲁日宁、安年科夫、鲍特金等作家和批评家。在这里他以不谙世故和放荡不羁而被视为怪人，他的不喜爱荷马和莎士比亚也使大家惊异。不久，他同车尔尼雪夫斯基相识，但不同意后者的文学见解。当时德鲁日宁等人提倡为艺术而艺术的所谓“优美艺术”，反对所谓“教诲艺术”、实即革命民主派所主张的暴露文学。托尔斯泰倾向于德鲁日宁等人的观点，但又认为任何艺术不能脱离社会生活。至1859年，他同《现代人》杂志决裂。
1856年底，托尔斯泰以中尉衔退役。次年年初到法国、瑞士、意大利和德国游历。法国的“社会自由”博得他的赞赏，而巴黎断头台一次行刑的情景则使他深感厌恶。在瑞士看到英国资产阶级绅士的自私和冷酷，也激起他很大的愤慨。但这次出国扩大了他的文学艺术的视野，增强了他对俄国社会落后的清醒认识。
对于50~60年代之交的农奴制改革以及革命形势，托尔斯泰的思想是极其矛盾的。早在1856年他曾起草方案，准备以代役租等方法解放农民，并在自己庄园试行，因农民不接受而未实现。他同情农民，厌恶农奴制，却认为根据“历史的正义”，土地应归地主所有，同时因地主面临的是要性命还是要土地的问题而深深忧虑。他不同意自由主义者、斯拉夫派以至农奴主顽固派的主张，也看到沙皇所实行的自上而下的“改革”的虚伪性质，却又反对以革命方法消灭农奴制，幻想寻找自己的道路。
由于无法解决思想上的矛盾，他曾企图在哲学、艺术中逃避现实，但很快又感到失望；1860年因长兄尼古拉逝世，更加深了他的悲观情绪。1859~1862年间几乎中辍创作，先后在亚斯纳亚·波利亚纳和附近农村为农民子弟办了20多所学校，并曾研究俄国和西欧的教育制度，1860~1861年还到德、法、意、英和比利时等国考察学校。后又创办《亚斯纳亚·波利亚纳》教育杂志。这些活动引起沙皇政府的注意。加之在农奴制改革中，他作为本县和平调解人，在调停地主和农民的纠纷时，常常同情农民，又招致贵族农奴主的敌视。1862年7月他外出时，家中遭到宪兵连续2天的搜查。不久他关闭了学校。这段时间他思想上所受的震荡以及因同农民的频繁接触而接受的他们对事物的一些看法，成为他的世界观转变的契机和开端。
1856年夏~1857年冬，托尔斯泰曾一度倾心于邻近的瓦·弗·阿尔谢尼耶娃，此后又为婚事作了多次努力，但都没有成功。
1862年9月，托尔斯泰同御医、八品文官安·叶·别尔斯的女儿索菲亚·安德列耶夫娜结婚。在他一生中，他的夫人不仅为他操持家务，治理产业，而且为他抄写手稿，例如《战争与和平》就抄过多次。但她未能摆脱世俗偏见，过多为家庭和子女利益着想，不能理解世界观激变后托尔斯泰的思想。
新婚之后，革命形势逐渐转入低潮，他也逐渐克服了思想上的危机。他脱离社交，安居庄园，购置产业，过着俭朴、宁静、和睦而幸福的生活。从1863年起他以6年时间写成巨著《战争与和平》。这段时间的较重要的事件是1866年他出席军事法庭为士兵希布宁辩护。希布宁因不堪军官的虐待打了军官的耳光，虽经托尔斯泰为之奔走，终被枪决。这一事件使他开始形成反对法庭和死刑的看法。
托尔斯泰心灵的宁静与和谐没有保持多久。1869年9月因事途经阿尔扎马斯，深夜在旅馆中突然感到一种从未有过的忧愁和恐怖。这就是所谓“阿尔扎马斯的恐怖”。在这前后，他在致友人书信里谈到自己近来等待死亡的阴郁心情。1868年秋~1869年夏，他对叔本华哲学发生兴趣，一度受到影响。从70年代初起，社会运动的兴起，使他开始新的思想危机和新的探索。他惶惶不安，怀疑生存的目的和意义，因自己所处的贵族寄生生活的“可怕地位”深感苦恼，不知“该怎么办”。他研读各种哲学和宗教书籍，不能找到答案。他甚至藏起绳子，不带猎枪，生怕为了求得解脱而自杀。这些思想情绪在当时创作的《安娜·卡列尼娜》中得到鲜明的反映。此后，他访晤神父、主教、修道士和隐修士，并结识农民、独立教徒康·修塔耶夫。他终于完全否定了官办教会，接受了宗法制农民的信仰，最后在70~80年代之交新的革命形势和全国性大饥荒的强烈影响下，弃绝本阶级，完成了60年代开始酝酿的世界观的转变，转到宗法制农民的立场上。
在《忏悔录》（1879~1880）和《我的信仰是什么》（1882~1884）等论文里，他广泛阐述自己思想转变的过程，对富裕而有教养的阶级的生活及其基础——土地私有制表示强烈的否定，对国家和教会进行猛烈的抨击。然而，他却反对暴力革命，宣扬基督教的博爱和自我修身，要从宗教、伦理中寻求解决社会矛盾的道路。这是因为他不仅反映了农民对统治阶级的仇恨和愤怒，也接受了他们因政治上不成熟而产生的不以暴力抵抗邪恶的思想。作为俄国千百万农民在俄国资产阶级革命快到来的时候的思想和情绪的表现者，托尔斯泰是伟大的。托尔斯泰富于独创性，因为他的全部观点，总的说来，恰恰表现了俄国革命是农民资产阶级革命的特点。
从此托尔斯泰厌弃自己及周围的贵族生活，不时从事体力劳动，自己耕地、缝鞋，为农民盖房子，摒绝奢侈，持斋吃素。他也改变了文艺观，指斥自己过去的艺术作品包括《战争与和平》等巨著为“老爷式的游戏”，并把创作重点转移到论文和政论上去，以直接宣传自己的社会、哲学、宗教观点，揭露地主资产阶级社会的各种罪恶。当时写的剧本、中短篇小说以及民间故事，同样为了这一目的。他还从事广泛的社会活动：1881年因子女求学全家迁居莫斯科，他访问贫民窟，参加1882年莫斯科人口调查，深入了解城市下层生活；1881年他上书亚历山大三世，请求赦免行刺亚历山大二世的革命者；1884年由其信徒和友人弗·契尔特科夫等创办“媒介”出版社，以印发接近托尔斯泰学说的书籍；1891年给《俄国新闻》和《新时代》编辑部写信，声明放弃1881年后自己写的作品的版权；1891~1893年和1898年，先后组织赈济梁赞省和图拉省受灾农民的活动；他还努力维护受官方教会迫害的莫洛康教徒和杜霍包尔教徒，并在1898年决定将《复活》的全部稿费资助杜霍包尔教徒移居加拿大。
从90年代中期开始，托尔斯泰增强了对社会现实的批判态度，对自己宣传的博爱和不抗恶思想也常常感到怀疑。这在《哈泽·穆拉特》等作品中有所反映。沙皇政府早就因他的《论饥荒》一文而企图将他监禁或流放，但慑于他的声望和社会舆论而中止。至此又因《复活》的发表，指责他反对上帝，不信来世，于1901年以俄国东正教至圣宗教院的名义革除他的教籍。这个决定引起举世的抗议，托尔斯泰却处之泰然。同年他因沙皇政府镇压学生运动而写《致沙皇及其助手们》一文；次年致函尼古拉二世要求给人民自由并废除土地私有制；1904年撰文反对日俄战争。他同情革命者，也曾对革命的到来表示欢迎，但却不了解并回避1905年革命。而在革命失败后，他又反对沙皇政府残酷杀害革命者，写出《我不能沉默》一文。
托尔斯泰在世界观激变后，于1882年和1884年曾一再想离家出走。这种意图在他80~90年代的创作中颇多反映。在他生前的最后几年，他意识到农民的觉醒，因自己同他们的思想情绪有距离而不免悲观失望；对自己的地主庄园生活方式不符合信念又很感不安。他的信徒托尔斯泰主义者和他的夫人之间的纠纷更使他深以为苦。最后，他于1910年11月10日从亚斯纳亚·波利亚纳秘密出走。在途中患肺炎，20日在阿斯塔波沃车站逝世。遵照他的遗言，遗体安葬在亚斯纳亚·波利亚纳的森林中。坟上没有树立墓碑和十字架。
托尔斯泰的创作，大致可以分为三个时期：
早期（1851~1862）是他的探索、实验和成长的时期。思想和艺术风格都在发展和变化，个别作品带有模仿的痕迹。他后来作品中的一些基调和特色也已初具雏形。
托尔斯泰早在1847年起开始写日记，以后一直坚持到晚年。大量的日记和书信，几乎占他的文学遗产的1/2。日记是他朝夕反省和不断进行探索的心灵的纪录，也是锻炼写作、通过自身研究人的内心生活秘密的手段。像《昨天的故事》（1851）那样的早期作品，就是由日记扩充和艺术加工而成的。
托尔斯泰的许多作品带有自传性质，这首先见于最早发表的作品、在高加索写成的中篇小说《童年》（1851~1852）以及后来陆续发表的《少年》（1852~1854）和《青年》（1855~1857）（据他的构思还要写最后一部《青春》，构成长篇小说《四个发展时期》，但没有写成）。这个三部曲表现主人公如何在周围环境影响下成长。他不满自己，醉心于反省和自我分析，追求道德完善。作品洋溢着贵族庄园生活的牧歌情调，但也表现了一定的民主倾向，尽管作家晚年说这是不真诚的。同一时期创作的《袭击》（1853）、《伐林》（1853~1855）和《塞瓦斯托波尔故事》等军事小说，是根据作者亲身经历和见闻写成的。这些作品克服俄国文学中战争描写的虚假的浪漫主义倾向，表现流血和死亡的真实场面，描写普通士兵和军官的朴素但却悲壮的真正爱国主义，揭示贵族军官的虚荣心和装腔作势。车尔尼雪夫斯基指出的托尔斯泰才华的两个特点：“心灵的辩证法”（即写心理的过程）和道德感情的纯洁，主要就是根据上述作品概括出来的。
从他的心灵探索和精神面貌发展的线索来说，继3部曲之后的是：
《一个地主的早晨》（1856），探索在农奴制下通过改善农民生活以协调地主和农民的关系的道路。这也是他亲自观察所得，因此能够“钻到农民的心灵中去”（车尔尼雪夫斯基语）。
《家庭幸福》（1858~1869），有他同瓦·弗·阿尔谢尼耶娃爱情关系的反映，但也表现了他当时逃避现实、追求与世隔绝的家庭“幸福小天地”的幻想。他很快就否定了这篇作品。
《哥萨克》（1853~1863，这是原计划中的上半部，下半部没有写成），表达了作家要脱离自己环境、走“平民化”道路的初步尝试。主人公奥列宁厌弃上流社会的空虚和虚伪，他认识到幸福的真谛在于爱和自我牺牲，为别人而生活，但他未能摆脱贵族的习性，这幻想以破灭告终。这个“出走”的主题后来不断出现在作家晚年的作品中。在艺术上《哥萨克》开始从心理的细致刻画转向客观地广泛描写现实生活的史诗画面，为创作《战争与和平》作了准备。
这个时期的其他作品：《两个骠骑兵》（1856）写父子两代人，作者欣赏父辈的热情豪迈的骑士风度，而鄙弃子辈的猥琐自私的实利观点。《阿尔别特》（1857~1858）和《琉森》（1857）都是写艺术家的。前者的中心思想是“自由创作”问题，作品中宣称“美是人世间唯一无可置疑的幸福”，是作家一度醉心“为艺术而艺术”的观点的产物。《琉森》以作家旅游瑞士时的见闻为基础，揭露资产阶级的自私本性和资本主义同艺术相敌对的实质。但这里已出现否定资本主义文明的相对进步意义的倾向，他的批判又是从抽象的宗教、道德的真理出发，是托尔斯泰主义的最初表现。这篇作品的向往自然和归真返朴的思想在《哥萨克》和《三死》（1859）中得到最充分的发挥，后两部作品以大自然和接近大自然的人的意识作为衡量真理的尺度。这里有卢梭的影响。
