בשנת 1912 עבר אלטמן לסנקט פטרבורג. דיוקנה המפורסם של אנה אחמטובה, בסגנון קוביסטי, צויר בשנת 1914. בין השנים 1915–1917 היה נתן אלטמן מורה בבית הספר הפרטי לאמנות של מיכאיל ברנשטיין. לאחר 1916 החל לעבוד כמעצב במה.
בשנת 1918 הוא היה חבר בוועדה לעניינים אמנותיים במחלקה לאמנויות יפות יחד עם קזימיר מלביץ', ברנוף-רוסין ושבצ'נקו. באותה שנה הציג תערוכה עם קבוצת "החברה היהודית לקידום האמנויות" במוסקבה, יחד עם ולדימיר בראנוף-רוסין, אל ליסיצקי ואחרים. באותה שנה, הוא הציב בכיכר הארמון עבודה זמנית של פיסול אדריכלי לציון יום השנה הראשון למהפכת אוקטובר.[1] לאחר מכן נחתך הבד ושימש לקשירת כף הרגל של החיילים.[2]
בשנת 1920 הוא הפך לחבר "במכון לתרבות אמנותית" (INKHUK), יחד עם קזימיר מלביץ', ולדימיר טאטלין ואחרים. באותה שנה הוא השתתף בתערוכה "מאימפרסיוניזם לקוביזם" במוזיאון לתרבות הציור בפטרוגרד (כיום סנט פטרסבורג). בשנת 1921 עבר למוסקבה. בין השנים 1921–1922 היה מנהל המוזיאון לתרבות הציור בפטרוגרד.
בשנים 1920–1928 עבד על עיצובי במה לתיאטרון הבימה בין היתר למחזה הדיבוק. בשנת 1923 פורסם בברלין כרך של האמנות הגרפית שלו.