การปฏิวัติเข้ามาที่ประเทศรัสเซียในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2460 หลังจากทรงพบกับสมเด็จพระจักรพรรดินิโคลัสที่ 2 พระราชโอรสซึ่งทรงถูกโค่นล้มลงมาจากราชบัลลังก์ในเมืองโมกิเลฟ สมเด็จพระจักรพรรดินีมาเรียประทับ ณ เมืองเคียฟอยู่ระยะหนึ่ง เพื่อปฏิบัติพระราชกรณียกิจในสภากาชาดต่อไป เมื่อมันเป็นอันตรายต่อการประทับอยู่ต่อ พระองค์จึงเสด็จจากเมืองไปยังเมืองไครเมียพร้อมกับสมาชิกราชวงศ์โรมานอฟที่ลี้ภัยพระองค์อื่น เมื่อประทับอยู่ที่ทะเลดำ พระองค์ก็ทรงได้รับรายงานว่าพระราชโอรส พระราชสุณิสาและพระราชนัดดาทรงถูกปลงพระชนม์ อย่างไรก็ตามพระองค์ทรงปฏิเสธว่ารายงานนั้นเป็นเพียงข่าวลือ ในวันหนึ่งหลังจากการปลงพระชนม์ครอบครัวของจักรพรรดิ จักรพรรดินีมารีเยียทรงได้รับข้อความฉบับหนึ่งจากนิคกี้ที่เป็น "ชายที่น่าประทับใจคนหนึ่ง" ซึ่งเล่าถึงชีวิตอันยากลำบากของครอบครัวพระราชโอรสในเมืองเยคาเทรินเบิร์ก "และไม่มีใครช่วยหรือปลดปล่อยพวกนั้นได้เลย มีแต่พระผู้เป็นเจ้า พระองค์โปรดช่วยเหลือนิคกี้ผู้น่าสงสารและโชคร้าย ช่วยเขาในเวลายากลำบากมากด้วย"[11] ในสมุดบันทึกส่วนพระองค์นั้น ยังทรงปลอบใจพระองค์เองว่า "เราแน่ใจว่าพวกนั้นได้ออกจากรัสเซียมาแล้วและตอนนี้พวกบอลเชวิคกำลังพยายามปิดบังความจริงเอาไว้"[12] พระองค์ทรงยึดถือความเชื่อมั่นนี้อย่างเหนียวแน่นจนถึงวันสวรรคต ความจริงมันเจ็บปวดมากเกินกว่าพระองค์จะแบกรับไว้ได้ พระราชหัตถเลขาถึงพระราชโอรสและพระราชวงศ์ได้หายสาบสูญไปนับแต่นั้น แต่ในฉบับหนึ่งที่พบ พระองค์ทรงเขียนว่า "ลูกรู้ว่าความคิดและคำภาวนาของแม่ไม่เคยหายไปจากลูกเลย แม่คิดถึงลูกทั้งวันและคืนและบางครั้งรู้สึกเจ็บปวดที่ใจมากจนแม่แทบจะทนไม่ได้อีกต่อไปแล้ว แต่พระเจ้ามีพระเมตตา พระองค์จะประทานความเข้มแข็งให้เราผ่านพ้นความยากลำบากนี้ไปได้"

ถึงแม้ว่าจะมีการล้มล้างระบอบราชาธิปไตยไปในปี พ.ศ. 2460 แล้วก็ตาม ในตอนแรกสมเด็จพระจักรพรรดินีมาเรียทรงปฏิเสธที่จะเสด็จออกจากประเทศรัสเซีย พอในปี พ.ศ. 2462 ด้วยการเร่งเร้าของสมเด็จพระบรมราชชนนีอเล็กซานดราแห่งอังกฤษ จึงจำต้องเสด็จออกจากประเทศรัสเซียอย่างไม่เต็มพระทัย โดยการหลบหนีไปทางแหลมไครเมีย ประทับเรือหลวงของอังกฤษที่พระเจ้าจอร์จที่ 5 ผู้เป็นพระราชนัดดา (เป็นพระราชโอรสในสมเด็จพระนางเจ้าอเล็กซานดราฯพระพี่นาง) ออกจากทะเลดำ ไปสู่ทะเลเมดิเตอร์เรเนียน และไปถึงกรุงลอนดอน ในที่สุด พระเจ้าจอร์จที่ 5 ทรงส่งเรือรบหลวง HMS Marlborough เพื่อจะช่วยชีวิตสมเด็จพระมาตุจฉา(น้า น้องสาวแม่) หลังจากการประทับในฐานทัพเรืออังกฤษที่เกาะมอลตาและต่อมาในกรุงลอนดอนระยะหนึ่งแล้ว จึงเสด็จกลับประเทศเดนมาร์ก โดยทรงเลือกประทับอยู่ในตำหนักฮวิดอร์ ใกล้กับกรุงโคเปนเฮเกน เป็นที่ประทับถาวรแห่งใหม่ แม้ว่าสมเด็จพระบรมราชชนนีอเล็กซานดราไม่ทรงเคยปฏิบัติพระองค์ไม่ดีกับพระกนิษฐาและทรงใช้เวลาในวันหยุดด้วยกันในตำหนักเล็กหลังหนึ่งในอังกฤษ จักรพรรดินีมารีเยียกลับทรงรู้สึกว่าตอนนี้ทรงเป็น "รอง"

ในระหว่างการลี้ภัยอยู่ในกรุงโคเปนเฮเกน ประเทศเดนมาร์ก ก็ยังมีผู้อพยพชาวรัสเซียจำนวนมากมาย สำหรับพวกเขาสมเด็จพระจักรพรรดินีมาเรียยังคงทรงเป็นสมเด็จพระจักรพรรดินี พระบรมราชชนนีพันปีหลวงทรงศักดิ์สูงสุดเหนือพระราชวงศ์รัสเซียทั้งมวล ผู้คนแสดงความเคารพและเห็นคุณค่าของพระองค์อย่างมาก รวมทั้งยังให้ความช่วยเหลือพระองค์อยู่บ่อยครั้ง สมัชชาสนับสนุนประมุขแห่งชาวรัสเซียทั้งมวลซึ่งได้จัดตั้งขึ้นในปี พ.ศ. 2464 ได้เสนอให้พระองค์เป็นผู้รักษาการณ์ชั่วคราวของราชบัลลังก์รัสเซีย แต่พระองค์ทรงปฏิเสธข้อเสนอนั้น พระองค์ไม่โปรดที่จะแทรกแซงเกมทางการเมืองและทรงให้คำตอบที่หลบเลี่ยงว่า "ไม่มีใครเห็นนิคกี้ถูกปลงพระชนม์" และดังนั้นจึงยังมีโอกาสเหลืออยู่ พระองค์ทรงให้การสนับสนุนทางการเงินแก่นิโคไล โซโคลอฟ ซึ่งเป็นนักลงทุนที่ศึกษาเหตุการณ์เกี่ยวกับการปลงพระชนม์ครอบครัวของสมเด็จพระจักรพรรดิ ทั้งพระองค์และนิโคไลไม่เคยพบกันเลย โดยในตอนสุดท้ายแกรนด์ดัชเชสโอลกาทรงส่งโทรเลขมายังกรุงปารีส เพื่อยกเลิกนัดหมายในการเข้าเฝ้าสมเด็จพระจักรพรรดินี มันคงเป็นการยากมากสำหรับสตรีชราและเจ็บป่วยที่จะได้ยินเรื่องราวอันเลวร้ายของลูกชายและครอบครัว[13]