У цей час Амосов близько познайомився з професором фізики Лашкарьовим, який відкрив студенту дивний світ парапсихології. Саме йому й показав студент креслення штучного серця. «Дурниця, але ідея логічна, – згадував потім академік. – Тепер за принципом такого насоса створили протези серця, деякі працюють уже по декілька місяців, поки донора для пересадки підбирають».
1939 р. Амосов з відзнакою закінчив інститут і вирішив продовжити заняття фізіологією, проте місце в аспірантурі було тільки з хірургії. А для диплома в Заочному інституті, який він через «недовантаження» так і не кинув, зробив проект великого аероплана з паровим котлом і турбіною. Ідея була цікавою, і хоча до виробництва її не прийняли, Амосов 1940 p. одержав іще один диплом з відзнакою як інженер «паросилових установок електростанцій».
На той час подружжя вирішило пожити окремо (розлучилися 1940 p.), і Микола, «утікши з аспірантури», почав працювати ординатором-хірургом у Череповецькій міжрайонній лікарні, а також викладати анатомію й улюблену фізіологію у фельдшерській школі. Однак армія та хірургія прийшли за ним самі. З перших днів війни Амосов працював у комісії з мобілізації, а потім був призначений провідним хірургом у польовий пересувний госпіталь «ППГ-2266 на кінній тязі». У цьому госпіталі й на цій посаді він прослужив усю війну і зустрів День Перемоги в німецькому місті Ельбінгу. Спогади про цей період життя лягли в основу повісті «ППГ-2266, або Записки військового хірурга» (1974 р.). Амосов назавжди запам'ятав це «море страждань людських», навчився досконало оперувати будь-яку частину тіла і лікувати будь-які ускладнення. Особливо добре він опанував тактику і методику операцій при пораненнях грудей, суглобів і переломів стегна. Для вирішення головної проблеми – поранення грудей – хірург розробив свою операцію і «добряче насобачився на судинах!». Але кожна смерть солдата була для нього трагедією, і Амосов одного разу навіть спробував покінчити життя самогубством.
На фронті Микола Михайлович одружився з прекрасною операційною сестрою – українкою Лідією Денисенко, яка пішла на війну добровільно після третього курсу педінституту і служила в медсанбаті, а після виходу з оточення була відряджена до його госпіталю. Але якщо для більшості солдатів війна закінчилася, то для подружжя Амосових продовжувалася до вересня 1945 р. у Маньчжурії. Служити в армії Микола Михайлович страшенно не хотів. Але піти йому, майору, відзначеному багатьма бойовими нагородами, було дуже непросто. Допоміг другий диплом – інженерний. Амосов одержав призначення від Міністерства медичної промисловості завідувати головним операційним корпусом Інституту Скліфосовського й упорядковувати техніку. «Сумний і неприємний період життя… Не прижився я тоді, у 46-му, в Москві. І не тому, що кімната була чотири метри, їжа погана і короста на голові. Роботи не було, хірургії… І дивитися чужу роботу набридло. Отруєний самостійністю: дай мені, і я зроблю».
Та й науковим