Софью своим красноречием, убежденностью и запальчивостью. Именно ему удалось склонить Перовскую войти в террористическую группу, готовящую покушение на Александра II. Вслед за Желябовым она стала видеть в убийстве императора единственное средство, которое может всколыхнуть общество и приблизить революционный переворот. Софья выделялась среди других женщин-террористок своей самоуверенной властностью, вдумчивым спокойствием и неутомимой энергией. По мнению друзей, «во всем, касающемся дела, она была требовательна до жестокости, чувство долга было самой выдающейся чертой ее характера».
Первое покушение, в подготовке которого участвовала Перовская, с самого начала преследовали неудачи. Работа по закладке мины на пути следования царского поезда была очень тяжелой и опасной. Софья никогда не расставалась с пистолетом, а в случае обыска должна была взорвать дом, выстрелив в бутыль с нитроглицерином. Взрыв 1 декабря 1879 г., прогремевший на железной дороге под Москвой, снес с путей обычный поезд. Погибли ни в чем не повинные люди. Но террористов это не волновало, они были готовы идти на любые жертвы. Перовскую уговаривали уехать за границу, но она предпочитала быть повешенной в России. И конечно, Софья хотела остаться рядом с любимым человеком, хотя устав организации был строг и суров. Перовская ради дела забыла о родственниках, давно не имела собственного имущества, но ее отношения с гражданским мужем, Андреем Желябовым, были настолько чистыми и глубокими, что знавшие обоих друзья говорили: «На эту пару приятно было взглянуть в те минуты, когда дела идут хорошо, когда особенно охотно забываются неприятности». Но никакая дружба или влюбленность не могла отменить подготовки очередного покушения.
Только чудо спасло царя во время взрыва прямо в Зимнем дворце. Тайная полиция сбилась с ног, разыскивая террористов. Приметы Перовской теперь знал каждый петербургский жандарм. А она тем временем под именем Марии Прохоровой днем торговала в бакалейной лавочке в Одессе, а ночами готовила очередной террористический акт. Однако и он не увенчался успехом. Софья не позволяла себе думать о неудачах и жертвах. Она продолжала заниматься с рабочими, создавала библиотеки и новую подпольную типографию. Кроме того, у нее были самые обычные человеческие заботы: сходить на рынок, приготовить обед. Привыкшая к богатству, Софья научилась ценить деньги, которые ей выделялись из фонда организации. Чтобы сократить расходы общественных средств на личные нужды, она зарабатывала перепиской и переводами.
В начале 1881 г. Желябов разработал новый террористический акт, в котором Перовской отводилась важная роль. Она организовала и лично участвовала в наблюдениях за постоянными маршрутами передвижения царя по столице. Ей удалось установить наиболее удобные места для покушения. На Малой Садовой улице революционеры под именем крестьянской семьи Кобзевых сняли сырную лавку, из подвала которой сделали подкоп, чтобы установить мину под мостовой. Людей не
