В 1914–1916 участвовала в целом ряде авангардистских выставок («Бубновый валет», «Трамвай В», «О, 10», «Магазин»). Познакомившись с К.С.Малевичем, зимой 1916–1917 приняла участие в организации недолговечного общества «Супремус». Ранние вещи художницы решены в духе фовизма и аналитического кубизма. Позднее перешла к более динамичной, «кубофутуристической» манере (Человек + воздух + пространство, 1913; Портрет философа, 1915; обе работы – в Русском музее) и полуабстрактному синтетическому кубизму. Манера художницы воспринимать мир как гигантский натюрморт, воссоздаваемый на полотне или в графическом листе в остроритмичных, а колористически – в декоративно-насыщенных, красочно-звучных формах, в полной мере проявились в произведениях середины 1910-х годов. Этапным в этом смысле явился цикл Живописная архитектоника, исполненный в 1916–1918-х годах. Именно разнообразие красочных ритмов отличает эти произведения от более строгого супрематизма Малевича.

В 1920 художница обращалась к сценографии, предваряя в ней стиль компромиссного между модерном и авангардом «ар деко» (эскизы занавеса и кукол для спектакля Сказка о попе и работнике его Балде по А.С.Пушкину для Первого государственного театра для детей; оформление спектакля Канцлер и слесарь по пьесе А.В.Луначарского в Театре комедии). С 1920 преподавала во Всесоюзных художественно-технических мастерских (Вхутемас) и работала в Институте художественной культуры (Инхук), занимаясь там в секции монументального искусства, руководимой В.В.Кандинским; в 1922 примкнула к ЛЕФу («Левому фронту искусств»). Ее дизайн спектакля Великодушный рогоносец по пьесе Ф.Кроммелинка (поставленного в 1922 мастерской В.Э.Мейерхольда) стал этапным шедевром авангардной сценографии, с доминирующим на сцене миром абсурдно-гротескных структур и вещей; конструктивизм здесь впервые столь решительно продвинулся в сферу театра, однако сами «инхуковские» конструктивисты устроили над Поповой показательный (по-своему театральный) суд, считая этот «выход из лабораторной стадии» преждевременным. Тем не менее теория авангарда продолжала переходить в практику: в 1923 Попова оформила для Мейерхольда еще один спектакль (Земля дыбом по пьесе М.Мартине – С.М.Третьякова), а в 1924 занялась «производственным искусством», разрабатывая рисунки текстиля для 1-й ситценабивной фабрики.

Умерла Попова в Москве 25 мая 1922.