Критические выступления А.В. Карташёва в печати вызвали негативную реакцию у академического начальства, ему предложили выбрать между преподаванием в академии и публицистикой. 22 сентября 1905 г. А.В. Карташёв был уволен по собственному желанию из Санкт-Петербургской духовной академии. 7 декабря 1905 г. подал прошение, а 14 октября 1906 г. был официально зачислен в штат Императорской Публичной библиотеки (ныне Российская национальная библиотека). Занимал должности младшего помощника, старшего помощника библиотекаря (1911 г.), заведующего отделом богословия библиотеки (1912 г.), библиотекаря Публичной библиотеки. Одновременно с 1906 г. был профессором, заведующим кафедрой истории религии и церкви на Высших женских (Бестужевских) курсах (до 1919 г.). А.В. Карташёв вёл разделы религиозно-церковной хроники в журналах «Страна», «Слово», «Речь», «Русское Слово», был соредактором еженедельника «Век». В статьях, отражающих текущую политическую ситуацию в стране, А.В. Карташёв отстаивал необходимость церковных реформ, направленных на оживление церковной жизни, отделения церкви от государства, возрождения канонического церковного управления – патриаршества. С 1907 г. участвовал в работе Религиозно-философского общества в Санкт-Петербурге, с 1909 г. был его председателем. В этот же период написал ряд исследований по истории Русской церкви. В журнале «Христианское чтение» были опубликованы его работы: «Краткий историко-критический очерк систематической обработки русской церковной истории» (1903 г.), «Был ли апостол Андрей на Руси?» (1907 г.), «Христианство на Руси в период догосударственный» (1908 г.). А.В. Карташёв был награждён орденами св. Станислава третьей степени (1911 г.) и св. Анны третьей степени (1914 г.). 21 марта 1917 г., после Февральской революции, А.В. Карташёв был назначен на пост товарища обер-прокурора Святейшего Синода. При его участии был подготовлен ряд законопроектов в области религиозной политики. А.В. Карташёв поддерживал курс Временного правительства на утверждение в стране свободы вероисповедания, изменение религиозно-гражданского законодательства и демократизацию религиозной жизни. Проведение подобной реформы считал необходимым, но недостаточным для Русской церкви, которая должна была вернуться к патриаршей системе управления. В июне 1917 г. А.В. Карташёв вступил в конституционно-демократическую партию, разделяя позицию правого крыла кадетов. 25 июля занял пост обер-прокурора Святейшего Синода в новом составе Временного правительства во главе с Александром Фёдоровичем Керенским. Вместе с Петром Викторовичем Гурьевым, Стефаном Григорьевичем Рункевичем, Владимиром Дмитриевичем Набоковым и Борисом Эммануиловичем Нольде А.В. Карташёв разработал проект преобразования синодальной обер-прокуратуры в Министерство вероисповеданий, 5 августа стал министром вероисповеданий. При ближайшем участии А.В. Карташёва проходила работа по подготовке поместного Собора Православной Российской церкви 1917–1918 гг. 15 августа 1917 г. как министр исповеданий А.В. Карташёв официально открыл поместный Собор в московском храме Христа Спасителя. 10 сентября того же года А.В. Карташёв подал в отставку, мотивируя это «засильем крайне левых элементов в правительстве».