Первое рабочее место — Ленинградский завод — обеспечило ему карьерный скачок. Начав рядовым инженером, Николай Духов за несколько лет стал заместителем главного конструктора.
Здесь украинец разрабатывал первый советский легковой автомобиль "Ленинград-1" и подъемный кран. Изначально проект хотели отдать немцам, однако те предупредили — будут работать над ним 2 года. Вместо этого Духов за 23 дня спроектировал 75-тонный кран, который мог поднимать на 15 тонн больше, чем рассчитывали конструкторы.
В 1936 году украинца пригласили модернизировать танки, а уже через 2 года он представил проект танка КВ. Его броню не пробивал ни один снаряд того времени. Немцы прозвали танк "призраком". Известны случаи, когда в корпус попадали 50 снарядов, а танк все не выходил из строя.
Немцы пытались тоже захватить танки КВ, перекрашивали и шли на них в наступление. К сожалению, они же нашли методы противодействия КВ — их заманивали в болота, где тяжелые танки просто тонули в трясине под шквальным обстрелом тяжелых орудий.
Легендарный Т-34 — тоже детище Духова. Украинец предложил устанавливать броню под определенным углом, что позволяло удвоить ее толщину. А в послевоенный период Духов разрабатывал конструкцию первого советского плутониевого заряда и ядерной бомбы.