Sukhomlinov a fost rearestat în timpul Revoluției din februarie și închis în aceeași celulă rece și umedă din fortăreașa Petru și Pavel ca și cu doi ani înainte. Soția sa a fost de asemenea închisă acolo.
Procesul său a avut loc în perioada 10 august – 12 septembrie 1917. În timp ce a fost achitat de acuzațiile de trădare, Sukhomlinov a fost găsit vinovat că nu și-a folosit puterea în trecut pentru înarma armata.
După căderea guvernului provizoriu rus, Sukhomlinov a avut în închisoare compania tuturor foștilor miniștri.
În ziua de mai 1918, Sukhomlinov a fost eliberat din închisoare cu puțin timp înainte de împlinirea vârstei de 70 de ani și pentru o vreme s-a ascuns într-un apartament gol.
Pe 22 septembrie, Sukhomlinov a fugit din Rusia și s-a mutat la Hanko în Finlanda înainte de a se muta din nou în Germania.
În 1924, i-au apărut memoriile, dedicate foștilor săi prieteni din armată și Kaiserului Wilhelm al II-lea al Germaniei, care, la reciprocitate, a dedicate memoriile sale lui Sukhomlinov.
Memoriile lui Sukhomlinov au fost publicate în traducere ăn Uniunea Sovietică nou formată.
Sukhomlinov a trăit restul vieții în sărăcie lucie la Berlin, unde a fost găsit mort pe o bancă dintr-un parc în dimineață de 2 februarie 1926. A fost înmormântat îm cimitirul ortodox rus Berlin-Tegel.
