В 1918 принял участие во 2-й выставке картин Профессионального союза художников-живописцев Москвы. Экспонировал свои произведения на выставке «Мира искусства» (1921), общества «Жар-цвет» (1923), на VI выставке Ассоциации художников революционной России (АХРР, 1924), а также на выставке «Русская литография за 25 лет» в Петрограде (1923).

В 1918 был приглашен профессором в Строгановское художественно-промышленное училище, одновременно преподавал в женском политехникуме. В 1920–1924 занимал должность декана графического факультета и профессора литографской мастерской ВХУТЕМАСа, среди его учеников — В. Д. Бубнова, И. А. Соколов и другие. В 1923 заведующий Гравюрным кабинетом Румянцевского музея Н. И. Романов издал монографию о Фалилееве, которая до настоящего времени является единственной.

В мае 1924, сопровождая выставку графики, выехал с женой в Стокгольм. В Советский Союз не возвратился. В течение двух лет работал плакатистом в Стокгольме. В 1926 переехал в Берлин, в 1928 окончательно осел в Риме. Вместе с женой провел ряд выставок в Стокгольме, Берлине, Бреслау, Милане, Риме.

В 1924–1925 произведения Фалилеева экспонировались на Передвижной выставке русского искусства в США и Канаде. В 1925 был удостоен золотой медали на Международной выставке декоративных искусств в Париже. В 1927 принял участие в выставке «Искусство книги» в Лейпциге. Работы мастера продолжали появляться и на выставках в СССР, в частности «Русская ксилография за 10 лет» (1927), «Цветная ксилография. Ее приемы и возможности» (1929) и других. В последние годы занимался преимущественно живописью, а также печатал со старых досок, выполненных еще в России.

В 1971 в Государственном Русском музее в Ленинграде прошла ретроспективная выставка Фалилеева.

Фалилеев — выдающийся гравер первой трети ХХ столетия, к которому как нельзя лучше подходит определение peintre-graveur — гравер-живописец, видящий возможность создать произведение печатной графики, по выразительности и силе воздействия не уступающее живописному. С его работами связано представление о цветной линогравюре, цветной ксилографии, цветном офорте этого времени. Источником вдохновения для художника были волжские пейзажи — он подолгу жил и работал в своем имении Кенчурка в долине реки Инзы, притока Волги. В его творчестве нашли также отражение интерес к искусству старых европейских мастеров и японской гравюре.

Свои эстампы Фалилеев всегда печатал сам, но перед отъездом за границу ему помогал в этом один из учеников — Соколов. Отпечатки Соколова отличаются большей интенсивностью цвета по сравнению с фалилеевскими, на некоторых оставлены ремарки «печатал Соколов».

Ранние оттиски (до 1917) чрезвычайно редки (их нет даже в некоторых значительных музейных коллекциях, например в Государственной Третьяковской галерее и Государственном Русском музее). На современном антикварном рынке встречаются в основном экземпляры гравюр, отпечатанные уже в эмиграции с досок 1900-х — 1910-х.

Произведения Фалилеева находятся во многих музейных собраниях, в том числе в ГМИИ им. А. С. Пушкина, Государственной Третьяковской галерее, Государственном Русском музее, Музее Метрополитен в Нью-Йорке, Государственных музеях Берлина, Музее современного искусства в Гааге.