Система преподавания тех лет подразумевала получение глубоких фундаментальных научных знаний и универсальных практических навыков, позволяющих новоявленным инженерам подвизаться во многих направлениях науки и техники. Уже на третьем году обучения Николай Поликарпов специализируется на изучении двигателей внутреннего сгорания, паровых турбинах, системах отопления и вентиляции. Полученные знания позволили ему впоследствии наиболее профессионально разбираться в силовых установках двигателей всех типов, устанавливаемых на самолетах.
Интерес к авиации проявился у Поликарпова в начале 1910-х г., в период совершения первых полетов русских самолетов. В 1914 г. он, параллельно с обучением в институте, поступает на курсы авиации и воздухоплавания, организованные в Петрограде. Поэтому немудрено, что после защиты диплома, зимой 1916 г., двадцатипятилетний Николай Поликарпов направляется для работы на Русско-Балтийский вагоностроительный завод (РБВЗ), где в то время строились четырехмоторные бомбардировщики «Илья Муромец» конструкции Игоря Сикорского. Назначенный заведующим производством, он по собственным словам, «буквально не выходил с завода… с жадностью изучал объект постройки, опытные работы и старался всячески продвинуть дело». Так у него нарабатывался опыт практической деятельности, столь пригодившийся впоследствии.
С августа 1918 г. молодой инженер работает на московском авиазаводе «Дукс», переименованном затем в Государственный авиазавод № 1 (ГАЗ № 1), в должности начальника технического отдела. В течение нескольких лет он занимается совершенствованием выпускаемой продукции, переконструированием «Ньюпоров», «Фарманов» и «Де Хэвиллендов» под имеющиеся двигатели, оборудование и материалы. Наиболее масштабной работой, проводимой на ГАЗ № 1 вплоть до середины 1920-х гг., стала подготовка к серийному производству по русским нормам и из русских материалов английского самолета DH-9, ставшего известным как Р-1 (разведчик-первый). Наибольшая роль в этой деятельности принадлежит Н.Н. Поликарпову, поэтому этот самолет вполне правомочно иногда называют самолетом его конструкции.
Начиная с 1922 г. предметом особого внимания Поликарпова становятся самолеты-истребители, созданию которых он уделял особое внимание в последующие годы. Первый среди них - моноплан ИЛ-400, получивший в ВВС обозначение И-1. За монопланом последовали бипланы 2И-Н1 (1925 г.), И-3 (1927 г.), Д-2 (1928 г.), И-6 (1929 г.). Именно специализация на самолетах-истребителях стала отныне главным делом его жизни. Уже в расцвете творческой деятельности Поликарпов получил неофициальный титул «короля истребителей», что вполне соответствовало уровню его заслуг и достижений.
