В 1919–1927 жил в Париже. Занимался историей и культурой Византии под руководством Ж.Милле. Сочетал модерн (в пейзажах Парижа и Бретани) с авангардными экспериментами, ставшими самобытным вариантом постфутуристического перехода к абстрактно-кинетическому искусству. В полемике с кубистами утверждал, что лишь криволинейная, динамическая линия способна воплотить современный «дух машинизма». Вводил в свои коллажи зеркала, линзы, блестящий металл, стремясь к эффекту внутреннего света, излучаемого самим произведением; в 1923 стал одним из изобретателей стереокино, сконструировав и запатентовав киноаппарат, дающий иллюзию рельефного изображения. Изложил свои теории в книгах О конструктивной картине; Париж. 1920–1923 годы; Искусство и пространство, изданных в 1922–1925 в Париже на французском (первая) и грузинском языках.

Вернувшись в 1927 на родину, сочетал национально-романтическую тематику своего «имеретинского периода» с канонами соцреализма. Плодотворно работал как педагог в тбилисской Академии художеств (1928–1948), а также как художник театра и кино. В 1934 снял документальный фильм Художественные памятники Грузии.

Умер Какабадзе в Тбилиси 10 мая 1952.