Затем опять последовал перерыв в учебе, на этот раз – ввиду полного отсутствия денег на питание. Он уехал в родные края и работал преподавателем математики в лунинецкой школе 2-й ступени, затем в гомельской школе 2-й ступени Западных железных дорог, а также инструктором промысловой кооперации в гомельском райсоюзе. Его окончательное возвращение в МВТУ состоялось в 1920 г.
Одновременно с обучением Сухой занимался в кружке воздухоплавания, строил планеры и модели самолетов. Окружала его здесь замечательная компания: Андрей Туполев, братья Архангельские, братья Погосские, Владимир Петляков, Борис Стечкин. Поскольку стипендии на жизнь не хватало, вечерами Павел подрабатывал в артели «Наука и Труд», давал уроки как чертежник, с 1924 г. работал библиотекарем в аэродинамическом кружке, являлся инструктором авиационных кружков ОДВФ Бауманского района и в ОДВ. Помимо материальной поддержки, это помогало приобрести так необходимые инженеру практические навыки.
Старательного, способного студента сразу заметили. Профессора гидродинамики и теплотехники прочили Павлу большое будущее в деле строительства котлов. Авиацию же преподаватели МВТУ считали просто экзотическим видом спорта.
Но Павел Сухой упорно следовал по выбранному смолоду жизненному пути. Его ум и сердце настроились на создание летательных аппаратов – со всеми их многочисленными нерешенными научными и техническими проблемами. Нужна была крепкая вера в большое будущее авиации, чтобы решится посвятить ей свои силы в то время, когда она делала только первые шаги.
Защитив в марте 1925 г. дипломный проект по специальности «аэромеханика» на тему «Одноместный истребитель с мотором на 300 л.с.» (руководитель проекта А.Н. Туполев), Сухой поступил на работу в Отдел авиации, гидроавиации и опытного самолетостроения Центрального аэрогидродинамического института (АГОС ЦАГИ). Здесь он быстро накапливал практические знания, приобретал конструкторские навыки.
В институте, начав свою трудовую деятельность под руководством заведующего конструкторской частью А.И. Путилова, Павел Осипович принимал участие в проектировании фюзеляжей, шасси, элементов крепления и капотирования силовых установок самолетов АНТ-3, АНТ-4, АНТ-5, АНТ-6, АНТ-9, АНТ-10, АНТ-13, АНТ-14. Вскоре он уже занимает должность старшего инженера, становится высококвалифицированным и авторитетным специалистом. В 1930 г., после назначения Путилова руководителем Отдела опытного самолетостроения (ОСС) при инспекции ГВФ, Сухой возглавил бригаду № 4 АГОС ЦАГИ, а в 1932 г. – бригаду № 3 КОСОС ЦАГИ.
