1870. aasta oktoobris kolis KovalevskajaBerliini, kus tolle aja väljapaistvaim matemaatikKarl Weierstrass hakkas talle eratunde andma, sest tolle aja seadused ei lubanud naistel ülikoolis isegi vabakuulajana osaleda. Kolme aasta jooksul õpetas ta Kovalevskajale sedasama, mida ta ülikoolis loengutes rääkis.
Sofja abiellus1868 paleontoloogitudengi, hilisemakirjastaja ja radikaaliVladimir Kovalevskiga, kes esimesena tõlkis ja andis Venemaal väljaCharles Darwini teoseid. Abielu oli esialgu mõeldud fiktiivsena, kuid abikaasad said lähedaseks ja elasid kogu elu koos.1871 sõitsid nad ümberpiiratudPariisi, kus Sofja hoolitses haavatud kommunaaride eest. Abielust sündis tütar Sofja (1878–1952), kes töötas arstina ja tõlkis oma ema teoseid vene keelde.
