Судьба самого Николая Александровича и его детей от двух браков повторила жизненные пути многих, кому пришлось жить в смутные годы первой трети XX в. Старший сын Сергей, будучи учеником Александровского коммерческого училища, оказался участником революционных событий 1905 г. в Москве. Сергея Николаевича отец считал своим преемником и сделал его членом директората Большой Кинешемской мануфактуры. Но надеждам Николая Александровича не суждено было сбыться: С.Н. Варенцов погиб на фронте в первую мировую войну. Прапорщиками на этой войне воевали и два других сына — Марк и Лев.
Как и большинство представителей крупной буржуазии, Варенцов был членом партии октябристов, А.И. Гучков настойчиво предлагал ему войти в ЦК.
«Страх и трепет, угнетение души и сердца» — так, перефразируя слова из Библии, характеризовал Николай Александрович свое состояние первых послереволюционных лет. В Москве он жил под постоянной угрозой ареста. Вдруг оказалось, что его любимый дом в Токмаковом переулке имеет одно важное преимущество: выходя на две улицы, он позволял в случае опасности скрыться незамеченным. Варенцова не покидала тревога за сыновей. Марк в начале Октябрьской революции и боев в Москве вместе с юнкерами оборонял Кремль. Как известно, юнкера сдались Красной гвардии при условии, что их всех (без погон) выпустят из Кремля. «Я помню, — писал позднее Андрей Варенцов, — как Марк прибежал домой и отдал мне на память пропуск на выход из Кремля, подписанный каким-то полковником. К сожалению, я этот пропуск закопал на чердаке нашего дома». Позже Марк и Лев участвовали в белом движении: Марк сражался в Деникинской армии, а Лев — у Колчака (отступая с его частями, попал в Китай и умер в эмиграции после 1930 г.).
В 1918 г. Николай Александрович решил покинуть Москву и пробраться на юг. Вместе с семьей своего племянника М.А. Сачкова, а также с Николаем Петровичем Бахрушиным и его сыном Николаем ему удалось перебраться на Украину в Киев, оттуда в Одессу — в надежде выехать оттуда за границу. Несколько лет они прожили в Одессе. В 1920 г. Варенцов совершенно случайно обнаружил в госпитале больного сыпным тифом и оставленного без присмотра сына Марка и выходил его. Тогда же, в 1920 г., приехала в Одессу, преодолев все трудности пути, и Ольга Флорентьевна с младшими детьми. Однако выехать за границу семье не удалось. Позднее Н.А. Варенцов вспоминал, как проводилась погрузка на иностранные пароходы, какая была в порту паника, как туда приезжали на великолепных экипажах, все бросали и со слезами просили взять с собой на пароход, но это почти никому не удавалось, поскольку грузили в основном белогвардейские части (все это описал И.А. Бунин в «Окаянных днях»). В 1922 г. Варенцов и его родные вернулись в Москву.