В те штормовые дни задача оказалась неразрешимой. И у самого Астрова происходящие события уже в июне 1917 года вызывали порой «смущение и страх за добытую свободу». Н. И. Астров стал «калифом на час», пробыв в новой должности чуть более трех месяцев (с 28 марта по 7 июля). Однако, будучи последним городским головой Москвы, избранным по Городовому положению 1892 года, он внес немалую лепту в разработку нового, демократического Городового положения, которое Временное правительство утвердило 9 июня 1917 года. На последнем заседании Московской «цензовой» думы он высказал пожелание в отношении тех, кто придет в нее завтра: «Пускай классовый интерес будет руководить их действиями не в большей мере, чем этот интерес руководил в общем и целом действиями Московской городской думы». Он верил в лучшую жизнь и в будущее России.
«Большевистский переворот» Астров не просто не принял. Он повел активную борьбу с новой властью, считая большевиков «шайкой бандитов, захвативших власть и разложивших армию». Избранный в числе семнадцати кадетов в Учредительное собрание, Николай Иванович приехал в Петроград и участвовал в заседании ЦК в доме графини С. В. Паниной. Ему повезло: ночевать он не остался – в отличие от Ф. Ф. Кокошкина и А. И. Шингарева, которые были арестованы как «враги народа» и убиты в тюрьме.
В 1918 году на Юге России Астров представляет у А. И. Деникина «Национальный центр», становится близким Деникину человеком, участвует в Особом совещании, где законодательная работа легла в основном на его плечи. Немало он сделал и для восстановления Земского и Городского союзов, направляя их врачебно-санитарную деятельность на помощь Добровольческой армии.
После поражения белых армий в 1920 году Н. И. Астров эмигрирует. Живет в Женеве, выезжая иногда в другие города, например в Лондон; в двадцати километрах от британской столицы он лечился в санатории, куда его устроила А. В. Тыркова-Вильямс. С июля 1924 года и до своей смерти Николай Иванович оставался в Праге. Там он по-прежнему деятелен, весь – в общественной жизни, как и его жена С. В. Панина, всемерно помогавшая соотечественникам, создавшая, благодаря президенту Масарику, который хорошо знал эту супружескую пару, «Русский очаг». Астров много занимался партийной работой: возглавил группу кадетов, не принявших политику «нового курса» Милюкова; немало времени уделял земско-городскому делу; стал организатором и руководителем Русского заграничного исторического архива в Праге, того самого, который после Второй мировой войны вошел составной частью в ЦГАОР (ГА РФ) как «Пражский архив». Обращение к архивной деятельности и к истории было отнюдь не случайным. Астров умел слушать биение пульса своего времени и хорошо понимал громадное значение эпохи, в которую жил. Он видел, что на всей планете происходят небывалые потрясения и сдвиги. «Нашему поколению приходится быть свидетелями и участниками великих превращений… Среди этих потрясений изменились и основы человеческого духа… Человечество вступает в новую эру».
Н. И. Астров находился в постоянной переписке с людьми, которых знала вся дореволюционная Россия: с Милюковым, Павлом Долгоруковым, Ф. И. Родичевым, А. И. Деникиным и др. Бывало, в письмах делались экскурсы в прошлое, в ту, исчезнувшую уже навсегда Россию. И при этом нередко всплывал сакраментальный вопрос: «Почему все произошло так, как произошло?» А за ним следовали другие, сверхболезненные: «Кто виноват и можно ли было избежать катастрофы?» Особенно часто об этом размышляли бывшие государственные и общественные деятели России – в беседах друг с другом, в мемуарах, публицистике. Одни стремились искренне понять причины гибели государства, другие оправдывались в происшедшей катастрофе. Так «на чужих берегах» историками поневоле становились многие россияне.
Естественно, период войны и революции особенно привлекал их внимание. Поэтому вышел в свет «Архив русской революции», поэтому организовал Астров Русский заграничный исторический архив. В эмиграции у него проявились склонности и способности к историческим занятиям. Он написал немало работ по истории Москвы и городского самоуправления; тщательно отбирал документы для архива; послал множество писем Деникину с замечаниями и размышлениями об «Очерках русской смуты». Все это требовало и больших знаний, и известной «кабинетности»: любви к книжному делу, кропотливому труду с источниками, а кроме того, умения хорошо писать и объективно оценивать как книги, так и людей. Николай Иванович был вдумчив, тонок, глубок, невероятно организован и работоспособен. Он настойчиво побуждал и своих знакомых взяться за перо, чтобы записать свои воспоминания об отшумевшей эпохе.