Синод и поместный Собор, опасаясь, что министром исповеданий может стать социалист, направили к А.Ф. Керенскому делегацию, возглавляемую Тифлисским митрополитом Платоном (Рождественским), с просьбой оставить А.В. Карташёва при исполнении обязанностей. 14–22 сентября он участвовал во Всероссийском демократическом совещании Временного правительства в Петрограде. В ночь с 25 на 26 октября 1917 г. А.В. Карташёв был арестован вместе с другими министрами Временного правительства в Зимнем дворце и заключён в Петропавловскую крепость. В ноябре 1917 г., находясь под арестом, А.В. Карташёв был избран поместным Собором членом Высшего Церковного Совета. А.В. Карташёв отказался от предлагавшегося ему освобождения до решения вопроса о судьбе всех арестованных министров. 6 января 1918 г. был направлен в частную клинику Герзони, а после убийства двух членов Временного правительства, помещённых в Мариинскую больницу, переведён в тюрьму «Кресты», где ему могла быть обеспечена надёжная охрана. 26 января 1918 г. выпущен «в поднадзорное состояние». Жил на квартирах у друзей в Москве и Петрограде, некоторое время конспиративно. С июля 1918 г. участвовал в третьей сессии поместного Собора, а также в работе Высшего Церковного Совета. Исследователям известно о нескольких встречах А.В. Карташёва с патриархом Тихоном, в ходе которых обсуждались проблемы взаимоотношений церкви и государства в прошлом и настоящем, проекты создания сети православных братств для сохранения церквей и духовенства от преступных посягательств. В начале 1918 г. был соучредителем братства Святой Софии в Петрограде. Летом 1918 г. А.В. Карташёв работал в московской подпольной политической организации так называемого левого центра, участвовал в разработке программ и законопроектов для правительства генерала Антона Ивановича Деникина на юге России и на случай появления национального правительства в Москве. 14 января 1919 г. А.В. Карташёв нелегально эмигрировал в Финляндию, затем переехал в Эстонию. Примкнул к Белому движению, был близок к окружению генерала Николая Николаевича Юденича. Возглавлял общественный Комитет по делам русских (с мая 1919 г. – Политический центр). 24 мая того же года вошёл в состав так называемого Политического совещания, занимал в нём посты заместителя председателя, министра иностранных дел и ответственного за пропаганду. А.В. Карташёв вёл переговоры с англо-американскими, финскими и эстонскими представителями о материальной и военной помощи генералу Н.Н. Юденичу. 11 августа 1919 г. А.В. Карташёв был включён в состав Северо-Западного правительства генерала Н.Н. Юденича в качестве министра вероисповеданий, но отказался от назначения. В 1920 г., после расформирования армии генерала Н.Н. Юденича, А.В. Карташёв переехал во Францию и активно включился в политическую жизнь русской диаспоры. 5–12 июня 1921 г. участвовал в Съезде русского национального объединения, представлявшего сторонников конституционно-демократического строя. Был избран членом образованного съездом Русского национального комитета (РНК), в 1924 г. стал его председателем (до 1940 г.). Был редактором в 1926–1931 гг. официального органа РНК журнала «Борьба за Россию», писал для него статьи на политические темы.