Gia đình Kovalevsky trở lại Nga, nhưng không được công nhận chức danh giáo sư vì chính kiến có phần cấp tiến của họ. Thất vọng, họ quay trở lại Đức. Vladimir, người thường xuyên bị chứng thay đổi cảm xúc, dần trở nên không ổn định nên họ sống cách ly trong phần lớn thời gian. Sau đó, vì một lý do nào đó, họ quyết định sống vài năm với nhau như vợ chồng thật sự. Trong thời gian này họ có được một đứa con gái Sofia (còn gọi là "Fufa"). Sau một năm dành thời gian để nuôi nấng con, Kovalevskaya gửi Fufa cho chị gái chăm sóc để tiếp tục nghiên cứu toán học và rời bỏ Vladimir. Vào năm 1883, với chứng thay đổi cảm xúc ngày càng tệ và có nguy cơ bị kiện vì lừa đảo chứng khoán, Vladimir đã tự tử [3].

Vào năm đó, với sự trợ giúp của nhà toán học Gösta Mittag-Leffler, trước đây cùng là sinh viên của Weierstrass, Kovalevskaya được trao học hàm privat-docent (một dạng phó giáo sư không ăn lương) tại Đại học Stockholm ở Thụy Điển.[3]

Một năm sau đó (1884) bà được chỉ định vào vị trí "Professor Extraordinarius" (giáo sư không có ghế) và trở thành biên tập viên của Acta Mathematica. Vào năm 1888 bà giành giải Prix Bordin của Viện hàn lâm Khoa học Pháp, vì công trình "Mémoire sur un cas particulier du problème de le rotation d'un corps pesant autour d'un point fixe, où l'intégration s'effectue à l'aide des fonctions ultraelliptiques du temps" của bà[3]. Bài báo này có một phát hiện nổi tiếng ngày nay được biết đến với tên "Đỉnh Kovalevskaya".

Vào năm 1889 bà được chỉ định làm "Professor Ordinarius" (giáo sư có ghế) tại Đại học Stockholm, trở thành người phụ nữ đầu tiên nắm giữ vị trí này tại một trường đại học ở Bắc Âu. Sau khi được tích cực vận động (và có sự thay đổi về điều lệ của Viện hàn lâm) bà được trao ghế Chủ tịch trong Viện hàn lâm Khoa học Nga, nhưng chưa bao giờ được chấp nhận hàm giáo sư tại Nga.

Kovalevskaya cũng viết một vài công trình không liên quan đến toán học, như cuốn hồi ký, Thời thơ ấu ở Nga, kịch (cộng tác với Nữ bá tước Anne Charlotte Edgren-Leffler) và một tiểu thuyết dạng hồi ký, Cô gái theo thuyết hư vô (1890).

Bà chết vì bệnh cúm vào năm 1891 vào tuổi 41, khi vừa mới trở về từ chuyến đi đến Genoa. Bà được chôn cất tại Solna, Thụy Điển, tại Norra begravningsplatsen