С 1914 года Н. Поликарпов работает в Петроградском филиале московского императорского завода «Дукс», где с 1910 года осуществляется строительство по лицензии зарубежных типов аэропланов. Тут он впервые встретился и со студентом Императорского Московского технического училища Андреем Туполевым. Приобщение к авиастроению продолжилось в Петрограде на авиационном заводе В.А. Лебедева, где в 1915 году Н. Поликарпов проходил дипломную практику.
В январе 1916 года Н. Поликарпов после успешной защиты дипломного проекта получает специальность «инженер-механик первой степени» «с правом на чин Х класса при поступлении на государственную службу». Стоит отметить, что удалось окончить обучение далеко не всем слушателям, а Поликарпов к тому же фактически занимался на двух отделениях параллельно.
Несмотря на ранее поданное прошение о зачислении в гардемарины флота на Курсы гидроавиации, Николай Поликарпов был направлен в авиационный филиал Русско-Балтийского вагонного завода, созданный в Петербурге в 1912 году по инициативе М.В. Шидловского[1].
Должность главного инженера и конструктора авиационного отделения РБВЗ занимал И.И. Сикорский[2], преобразовавший выделенную под строительство аэропланов мастерскую в завод «Авиабалт».
Вскоре Николай Поликарпов был назначен заведующим производством легких самолетов, а в отсутствие Сикорского фактически исполнял его обязанности, принимая участие и в проектировании и модернизации строившихся на предприятии аэропланов.
После Октябрьской революции, несмотря на предложение Сикорского вместе с ним уехать за границу, Н. Поликарпов принял решение остаться в России. Деятельность он продолжил в составе Всероссийской коллегии по управлению Рабоче-Крестьянским воздушным флотом, затем с августа 1918 года в должности начальника технического отдела и начальника производства завода «Дукс», в 1919 году переименованного в Государственный авиационный завод № 1 (ГАЗ № 1). Кроме того, в 1926–1928 годах Н.Н. Поликарпов являлся начальником Отдела сухопутного самолётостроения (ОСС) ЦКБ Авиатреста.
Продолжением работы по внедрению в производство иностранных типов самолетов стало появление в 1924 году первого советского массового военного самолета-разведчика Р-1, созданного Н. Поликарповым и Д. Григоровичем[3] на базе британского de Havilland D.H.9A.
Здесь же в 1923 году поднялся в воздух и первый истребитель, созданный по замыслу Н. Поликарпова при участии группы инженеров завода – причем спроектированный по непривычной для того времени схеме моноплана – И-1 (изначально имевший наименование ИЛ-400 – указание на 400-сильный двигатель «Либерти»). Хотя этот самолет по ряду причин оказался не самым удачным – глубокая теория самолетостроения в этот период только создавалась – и не был принят на вооружение, он позволил получить первый опыт постройки самолета такого типа.