Перше робоче місце – Ленінградський завод – забезпечило йому кар'єрний стрибок. Почавши рядовим інженером, Микола Духов за декілька років став заступником головного конструктора.
Тут українець розробляв 1-ий радянський легковий автомобіль "Ленінград-1" та підйомний кран. Спочатку проект хотіли віддати німцям, однак ті попередили – працюватимуть над ним 2 роки. Натомість Духов за 23 дні спроектував 75-тонний кран, який міг піднімати на 15 тонн більше, ніж розраховували конструктори.
У 1936 році українця запросили модернізувати танки, а вже за 2 роки він представив проект танка КВ. Його броню не пробивав жоден снаряд того часу. Німці прозвали танк "привидом". Відомі випадки, коли в корпус потрапляли 50 снарядів, а танк все не виходив з ладу.
Німці намагались і собі захопити танки КВ, перефарбовували та йшли на них в наступ. На жаль, вони ж знайшли методи протидії КВ – їх заманювали в болота, де важкі танки просто тонули у трясовині під шквальним обстрілом важких гармат.
Легендарний Т-34 – теж дітище Духова. Українець запропонував встановлювати броню під певним кутом, що дозволяло подвоїти її товщину. А в післявоєнний період Духов розробляв конструкцію 1-го радянського плутонієвого заряду та ядерної бомби.