В 1925–1926 годах выходит второй фантастический роман Толстого «Гиперболоид инженера Гарина». В своей фантастике Алексей Николаевич предсказал «парашютный тормоз» космического корабля, улавливание голосов из космоса, лазер, даже деление атомного ядра, якобы уже осуществленное в Берлине (там и было впоследствии сделано это открытие). В «Гиперболоиде…» и рассказе «Союз пяти» (первоначально – «Семь дней, в которые был ограблен мир», 1925) показано стремление маниакальных властолюбцев к мировому господству, которого они хотят добиться с помощью новых, неизвестных большинству технических средств, но естественная, нормальная жизнь оказывается сильнее одаренных злодеев.
В 1928 году была опубликована вторая книга «Хождения по мукам» – «Восемнадцатый год». В декабре того же года завершена историческая пьеса «На дыбе», идейно и сюжетно близкая к раннему «Дню Петра». Практически сразу же после премьеры, в 1929 году, Толстой приступил к созданию романа «Петр Первый», к которому возвращался до конца жизни. В 1935 году пьеса «На дыбе» преобразуется в почти новую – «Петр Первый», тогда же на Ленфильме начинаются съемки кинофильма о Петре; в сценарии были исключены написанные эпизоды самосожжения раскольников, «всешутейшего собора», измены Екатерины Петру, который застал ее с Виллимом Монсом (в романе, не доведенном до этого времени, аналогичную роль играет измена Анхен Монс с посланником Кенигсеком), и т. д. В третьей редакции пьесы (1938) из десяти картин от первоначального варианта осталось три, сильно переделанные, и кончается она, как и сценарий, не наводнением в Петербурге, грозящим уничтожить построенное, а торжественной речью Петра после победоносного завершения Северной войны и дарования Петру Сенатом звания отца отечества. По сути, единственная отрицательная характеристика первого российского императора в пьесе 1938 года – слова царевича Алексея: «Он пьет много».
От замысла «Хождения по мукам» ответвились два произведения. В 1931 году роман «Черное золото» – об эмигрантах и европейских политиках, организующих террористическую группу. В книге много подлинных лиц, подлинна и сюжетная основа, но персонажи окарикатурены или представлены черными злодеями (хотя материал давал для этого основания), а действие приобрело характер авантюрности. В 1940 году почти заново переписанный роман вышел под названием «Эмигранты».