В 1955 г. Амосов организовал и возглавил клинику сердечной хирургии, преобразованную в 1983 г. в Институт сердечно-сосудистой хирургии АМН Украины. Осенью 1957 г. он ездил на конгресс хирургов в Мексику, где впервые увидел операцию на сердце с применением аппаратов искусственного кровообращения (АИК) и очень заинтересовался этим. Купить аппарат было невозможно, но для инженера Амосова это не было проблемой. Он разработал собственный проект, но необходимых трубок и, самое главное, гепарина против свертываемости крови в Союзе было не сыскать. И тогда Николай Михайлович на жалкие 15 долларов, оставшиеся от командировочных, купил минимум необходимого. Аппарат был выпущен на одном из предприятий Киева. А в 1958 г. в Институте кибернетики создали специальный отдел, где Амосов объединил вокруг себя коллектив энтузиастов. В его лабораториях и отрабатывались схемы операций с АИК, потом прибавились физиологические исследования сердца с участием инженеров и математиков. В 1959 г. была удачно проведена операция мальчику с тяжелым врожденным пороком сердца – так называемой «Тетрадой Фалло». А в 1960 г. Амосов возглавил отдел биоэнергетики Института кибернетики Академии наук Украины, в котором занимался развитием идей, зародившихся у него еще в Череповце: регулирующие системы организма – от химии крови, через эндокринную и нервную системы до коры мозга; механизмы разума и искусственный интеллект, психология и модели личности, социология и оптимальные модели общества, глобальные проблемы человечества. Работа отдела продолжалась вплоть до 90-х гг., когда коллектив распался и в отделе осталась только группа по искусственному интеллекту.
Николай Амосов был удивительно разносторонним человеком. Основоположник советской кардиохирургии стал учителем практически всех ведущих украинских и российских кардиохирургов. Когда в 1962 г. на первое место вышла проблема протезов сердечных клапанов, Амосов разработал свою модель – из полусферы, дополненной специальной обшивкой корпуса, препятствовавшей образованию тромбов. И именно с этого времени, как считает Николай Михайлович, «началось восхождение моей карьеры сразу по нескольким линиям». Он стал неизменным участником всех международных съездов и конференций кардиохирургов. Его избрали членом-корреспондентом АМН, присудили Ленинскую премию. 19 лет он честно исполнял обязанности депутата Верховного Совета СССР. Особенно тягостными были приемы граждан: «Горя наслушался свыше меры, в дополнение к хирургическим несчастьям». И если по отношению