В 1914 побывал в Германии и Франции, посетил студию П. Пикассо в Париже. В этом же году в своей мастерской устроил выставку «контррельефов» — объемных композиций абстрактивистского характера из контрастных материалов — железа, дерева, с использованием стекла, штукатурки, обоев, фрагментов готовых вещей и отчасти обработанные живописными средствами. В 1919–1920 годах создал свое главное произведение, модель грандиозного здания-памятника Октябрьской революции или «башни III Интернационала», задуманное как гигантский комплекс вращающихся с разной скоростью цилиндров, объединенных вокруг общей наклонной оси. Занимается конструированием новых форм во всем сразу, от архитектуры до книжного дела и от дизайна до сценографии.

Оформил спектакли: «Царь Максимилиан» (Московский литературно-художественный кружок, 1911); неосуществленные постановки опер М. И. Глинки «Жизнь за царя» и Р. Вагнера «Летучий голландец» (1913–1918); драма «Зангези» В. Хлебникова, (Институт художественной культуры, 1923), «Не сдадимся» (Камерный театр, 1935); «Дело» (Центральный театр Красной Армии, 1939–1940). Член «Объединения новых течений» (1921–1923). Председатель «левой федерации» художников в Москве (1917), заведующий московской коллегией изобразительных искусств Наркомпроса (1918–1919). Один из инициаторов создания Института художественной культуры (1922).

Преподавал в Государственных свободных художественных мастерских (1918–1919) в Москве, в Высших художественно-технических мастерских (1919–1924) в Петрограде, Художественном институте (1925–1927) в Киеве, Высшем художественно-техническом институте (1927–1930) в Москве.

Венцом проектной деятельности стал летающий аппарат «Летатлин» (1930–1931). В 1930–1940-е активно работал как художник книги и сценограф.

С середины 1930-х увлеченно занимался станковой живописью, создавая натюрморты и пейзажи, реже портреты.