Тщательно исследовал минеральные ресурсы. При его непосредственном участии были открыты новые залежи мергелей, мела, фосфоритов, доломитов, стекольных песков, торфа, сапропелей, строительных материалов. На основе этих исследований построили Кричевский цементный завод. Особую известность приобрела пробуренная по предложению Н. Ф. Блиодухо скважина № 4 (глубина составляла 353,8 м) в центре Минска (1928–1929), что позволило не только решить проблему водоснабжения города, но и узнать его геологическое строение, доказать наличие своих минеральных вод.
Много внимания уделял подготовке геологических кадров в БГУ, где при его поддержке был открыт геолого-почвенно-географический факультет (1934). Являясь директором Института геологии Белорусской АН и одновременно заведующим кафедрой геологии нового факультета, сформировал коллектив высококвалифицированных преподавателей из числа известных в то время ученых-геологов. Для выполнения геологических работ привлекал студентов.
В своих работах Н. Ф. Блиодухо указывал на трудность геологического изучения территории Беларуси в связи с редкой обнаженностью коренных отложений при мощном развитии пород четвертичного возраста Считал необходимым проводить геофизические исследования и бурения глубоких скважин для познавания тектоники и выявления возможных полезных ископаемых, в том числе подземных вод как источников водоснабжения. Подчеркивал, что территория республики неоднократно становилась ареной морских трансгрессий и наступления покровных оледенений. Обратил внимание на важность изучения и картографирования четвертичных отложений с целью обнаружения различных видов минерального сырья. Характеризуя рельеф земной поверхности, указывал на тесную связь его форм с геологическим строением. Первым дал классификацию рельефа Беларуси, основанную на генетических зарисовках долины р. Сож.
На геологической карте БССР масштаба 1: 2 000 000 (1933), составленной Н. Ф. Блиодухо, отражены основные геологические формации, за исключением ошибочно выделенного коренного залегания пород кембрия и силура у д. Рованичи (позже бурением установлен крупный ледниковый отторженец). В районе Глушковичей (крайний юг Беларуси) показаны выходы на земную поверхность гранитов. Высказанное Н. Ф. Блиодухо мнение о том, что кристаллический фундамент Русской плиты разбит трещинами на отдельные блоки, в дальнейшем подтвердилось детальными геофизическими исследованиями и глубоким бурением.
Выдвинутые Н. Ф. Блиодухо научные идеи в области геологии Беларуси получили дальнейшее развитие