Они стали любовниками. «Я была брошена на произвол всякого, кто стал бы за мной ухаживать», — вспоминала о том времени супруга Блока, словно оправдывая безумную страсть, которую испытывала к молодому поэту. Тот признавался близким, что чувствует обречённость и безнадёжность их любви, однако разорвать эту прочную связь ни Белому, ни Менделеевой не удавалось. Они страдали, мучили друг друга, расставались и снова шли друг к другу на встречу. Но Любовь Дмитриевна не желала разрушать семью, а Белый, видя страдания Блока и своей возлюбленной, предпочитал наблюдать со стороны, не предпринимая никаких решительных действий.

Их страстные отношения продолжались два года, а в 1906 году Андрей Белый создал знаменитую пьесу о своём странном положении в любовном треугольнике, назвав её «Балаганчик». Тогда же Любовь Менделеева, окончательно запутавшись в своих отношениях с мужем и возлюбленным, приняла решение на время расстаться с любовником и подумать о дальнейшей жизни.

Так прошло десять трудных месяцев, когда Белый даже подумывал о самоубийстве, а Менделеева не могла определиться окончательно, разрываясь между чувствами и здравым рассудком. Наконец, она сообщила поэту, что остаётся с мужем, а его, возлюбленного, хочет навсегда вычеркнуть из своей жизни.

Расставшись со своей мечтой, подавленный и покинутый Андрей Белый уехал из Петербурга и отправился за границу в надежде забыть о любимой женщине.

Любовь Дмитриевна Менделеева вернулась к Блоку. Тот, уставший от многочисленных романов, уже совершенно больной и разочарованный, был рад возвращению супруги. Его даже не смутил тот факт, что жена ждала ребёнка от другого мужчины, актёра Давидовского, с которым у Менделеевой была непродолжительная любовная связь. Блок пообещал любить ребёнка и трепетно заботился о супруге, пока та не родила младенца. Через несколько дней после рождения ребёнок умер, а супруги, вместе пережив это горе, сблизились ещё больше.