С 1920 вошла в группу Малевича «Утвердители нового искусства» (Уновис), целью которой была разработка принципов супрематизма. Для альманаха «Уновис № 1» написала статью «Об изучении кубизма» (1920). В 1920 работала над студийной постановкой кубофутуристической оперы «Победа над Солнцем» (музыка М. В. Матюшина, пролог В. В. Хлебникова, либретто А. Е. Кручёных). Как член Уновиса принимала участите в выставках в Москве (1920–1921). В 1922 экспонировала свои работы на Первой русской художественной выставке в галерее Ван Димена в Берлине.

В 1922 вслед за Малевичем переехала в Петроград. Работала в плакатной мастерской декоративного искусства, формально-теоретическом отделе Музея художественной культуры. С 1923 руководила лабораторией цвета в Гинхуке; участвовала в отчетных выставках Гинхука (1924, 1926). После закрытия Гинхука — член Комитета изучения современного изобразительного искусства отдела ИЗО Государственного института истории искусств (1927–1930).

В 1927–1934 на квартире Ермолаевой проходили творческие вечера с обсуждением работ, на которые собирались Л. А. Юдин, К. И. Рождественский, В. В. Стерлигов, Л. С. Гальперин, М. Б. Казанская, А. Б. Батурин, ставшие основателями «группы пластического реализма».

С 1925 до 1931 вместе с В. В. Лебедевым работала в Детском отделе Ленинградского Государственного издательства. Оформляла книги для детей: Н. Н. Асеева («Топ-топ-топ», 1925; «Красношейка», 1927), Д. И. Хармса («Иван Иванович Самовар», 1929), А. И. Введенского («Много зверей», 1928; «Бегать — прыгать», 1930; «Подвиг пионера Мочина», 1931), Н. А. Заболоцкого («Хорошие сапоги», 1928), Н. М. Олейникова («Учитель географии», 1930) и других; сочиняла собственные детские книги «(Неудачливый кучер», 1928; «Собаки», 1929; «Вниз по Нилу», 1930; «Шесть масок», 1930; «Маски зверей», 1930). Иллюстрировала детский альманах «Воробей» (1923–1925), журналы «Ёж» (1928–1931) и «Чиж» (1932–1933).

Сотрудничала в издательствах «Молодая гвардия», Учпедгиз (1931–1932), Леноблиздат (1934). Выполнила иллюстрации к басням И. А. Крылова (1929–1930), роману Сервантеса «Дон Кихот» (1933–1934), поэме Лукреция «О природе вещей» (1934), И. В. Гёте «Рейнеке-лис» (1934).

Для объединения «Ленжет» (Ленинградский государственный жировой трест) работала над эскизами «сюрпризных», парфюмерных, конфетных коробочек.

Создала живописные циклы: «Квартет», «Свинья под дубом», «Стрекоза и муравей» (по мотивам басен И. А. Крылова; все — 1929–1930), «Беломорье» (1930), «Скрипачи», «Деревня» (обе — 1933), «Спортсмены», «Мальчики» (1933–1934), серии натюрмортов (1934), линогравюр «Вельбот» (1928; для газеты «Красный балтиец»). Много работала в технике гуаши.

С 1920 — участница выставок («Революция и искусство» в Витебске). Экспонировалась на выставках: картин петроградских художников всех направлений (1923), «Женщина в социалистическом строительстве», «Ленинград в изображениях современных художников» (1934) в Петрограде — Ленинграде, «Художники РСФСР за XV лет» в Ленинграде и Москве (1932–1934), «Графика и книжное искусство в СССР» в Амстердаме (1929).

Преподавала живопись в «Студии живописи и гравюры» А. А. Успенского (1923), Доме художественного воспитания детей Октябрьского и Выборгского районов (1934).

В декабре 1934, после смерти С. М. Кирова, арестована НКВД наряду с членами «группы пластического реализма». В 1935 осуждена как «социально опасный элемент за антисоветскую деятельность» сроком на три года. Жила в поселке Долинка под Карагандой; работала художником, выполняла плакаты. В 1937 получила новое обвинение «за связь с контрреволюционной группой» и была приговорена к высшей мере наказания. В сентябре того же года расстреляна; в 1989 реабилитирована посмертно.

Ермолаева начала играть активную роль в русском авангарде в годы своего преподавания в Витебском художественно-практическом институте. В основе ее живописного стиля лежат принципы кубизма и кубо-футуризма. В отдельных работах угадывается влияние Жоржа Брака. Искусству Ермолаевой присущи свобода и экспрессивность, столь прельщавшие ее в народном творчестве.

В первой половине 1920-х создавала беспредметные композиции. После разгрома ГИНХУКа в 1926, желая вернуться к системе фигуративного искусства, отошла от супрематизма. Писала пейзажи. Предметные работы художницы сохраняли ясную пластику формы и живописную силу цвета, отличавшие ее ранние авангардные опыты.

Произведения Ермолаевой находятся во многих музейных собраниях, в том числе в Государственном Русском музее, Государственной Третьяковской галерее, ГМИИ им. А. С. Пушкина.