В феврале 1919 года был назначен Верховным Правителем России Александром Колчаком для производства следствия по делам об убийстве Царской Семьи и Алапаевских мучеников. Николай Соколов собрал множество вещественных доказательств, опросил сотни свидетелей. Соколов продолжал работу и во время отступления белых от Екатеринбурга до Харбина. Собранные им вещественные доказательства и документы Соколов из Харбина, при помощи генерала Жанена, отправил во Францию.
В 1920 году эмигрировал из России во Францию.
Часть материалов следствия была опубликована Соколовым в 1924 году, на французском языке. В 1924 году был найден мёртвым в саду дома, где жил.
Книга «Убийство Царской Семьи. Из записок судебного следователя Н. А. Соколова» была опубликована посмертно в 1925 году; полное авторство Соколова ставится под сомнение.