В 1955 году он впервые в Украине начал заниматься лечением пороков сердца. Осенью приступили к оперированию врожденных пороков у маленьких детей. Начинали с самых тяжелых, обреченных, у которых была диагностирована тетрада Фалло (при этом венозная кровь из правого желудочка попадает в аорту, поэтому больные синие – «синие мальчики»). Во время операции надо было пустить часть крови в легкие из аорты, в обход порока. Это была облегчающая, не радикальная операция, но даже такая давала дополнительные годы жизни. Конечно, это был успех, но проблемы оставались – не было еще знаний по реанимации и самой необходимой аппаратуры. Возникло огромное поле работы для деятельной натуры Николая Михайловича.
В 1955 году Н. М. Амосов основал и возглавил первую в Советском Союзе кафедру грудной хирургии для усовершенствования врачей, позже из нее выделилась кафедра анестезиологии. На этих кафедрах были подготовлены сотни специалистов – грудных хирургов и анестезиологов.
В том же году Амосов начал увлекаться кибернетикой. Он вспоминал: «Помню, как на нашей сцене появился новый персонаж с очень большими последствиями! – Екатерина Алексеевна Шкабара. От нее началась моя кибернетика – просветила, дала книжку Эшби, потом Винера, познакомила с академиком В. М. Глушковым». Екатерина Алексеевна Шкабара позже содействовала созданию для Амосова отдела биокибернетики в составе Института кибернетики. В этом отделе позже работали ученики Амосова – Касаткины, Куссуль, Талаев и другие.
Медицинская кибернетика начиналась с диагностических машин. Шкабара рассказала о перфокартах, Амосов разработал форму историй болезней, признаки болезней набивали на перфокарты, которые вставляли в машину, получали диагноз. Разумеется, до того нужно было обработать огромный статистический материал. Этим тоже занимался Амосов. Это медицинское направление кибернетики так и не сделало революции в науке – диагнозы машина ставила плохо, но польза проявилась в создании так называемой «формализованной» истории болезни, которая принесла большое облегчение врачам. В амосовской клинике такие формы применялись активно.
Весь 1957 год Николай Михайлович писал труд «Очерки торакальной хирургии». Впрочем, не только этим 1957 год был очень важен для Амосова – в январе его клиника переехала в новое трехэтажное здание. Вскоре это здание на окраине Киева (на этом месте позже вырос Институт сердечно-сосудистой хирургии) стало известно всем: здесь делали уникальные операции, возвращая к жизни безнадежных больных. Сам Амосов сделал почти шесть тысяч операций на сердце. Примерно 12 процентов пациентов с искусственным кровообращением спасти не удалось. Амосов переживал потерю каждого больного как потерю близкого человека, он считал, что ответственность за жизнь больного – его личная ответственность. Очень тяжело давались ему разговоры с родными умирающего больного. Ведь когда предлагаешь операцию, родные всегда спрашивают: доктор, а он выживет? А вдруг не выживет? Для Николая Михайловича это было пыткой. Но когда больного удавалось спасти, он просто преображался. Это тоже была его личная победа – отстоять еще одну человеческую жизнь.
Осенью 1957 года профессор Амосов ездил на конгресс хирургов в Мексику. Там он увидел операцию на сердце с АИК (аппаратом искусственного кровообращения). Оперировали тетраду Фалло у мальчика 12 лет, с применением АИК самой первой модели Лилихая. Амосов знал о нем только из медицинских журналов.
Увиденное стало самым важным событием поездки в Мексику, такую операцию Амосову удалось увидеть впервые в жизни: «Мы смотрели операцию втроем: Б. В. Петровский, А. А. Вишневский и я». Николай Михайлович очень увлекся этой идеей. Но купить аппарат было невозможно, Советский Союз этого не планировал. И Амосов разработал собственный проект – аппарат, созданный им, сделали на заводе: наконец пригодились инженерные знания.
Особенность оперативного лечения пороков сердца состояла в том, что внутрисердечные манипуляции нужно выполнять на «сухом сердце», то есть на остановленном сердце. Для этого нужны аппараты искусственного кровообращения для поддержания функции жизненно важных органов. В то время такие аппараты только начинали создавать. Профессор Н. М. Амосов с энтузиазмом включился в этот процесс как хирург-инженер, опираясь на свои инженерные знания. Вместе со своими сотрудниками – врачом И. Лиссовым, инженерами-конструкторами О. Мавродием и А. Трубчаниновым – он создал надежный, пригодный для широкого использования аппарат искусственного кровообращения «сердце – легкие» и внедрил его в практику одним из первых в СССР.
С помощью этого аппарата было выполнено много операций по поводу врожденных пороков сердца. Аппарат постоянно совершенствовали в плане надежной работы всех его узлов и поддержания рабочего давления в кровяном русле, оптимальной аэрации крови, надежного пеногашения, минимального разрушения элементов крови и предупреждения гемоглобинемии. Аппарат искусственного кровообращения конструкции Н. М. Амосова соответствовал всем этим требованиям.
Мексиканская поездка тоже внесла свою лепту в создание АИК. Для заграничных поездок на нужды советских врачей обменивали по 20 долларов. Амосов распорядился ими очень характерным образом: купил за 3 доллара вельветовые брючки для любимой доченьки Катеньки, а остальные деньги пригодились на другое. Амосов разыскал магазин медицинских средств и вложил весь свой капитал в покупку трубок для АИКа, которых в Союзе было не достать, и некоторых нужных лекарств – гепарина против свертываемости крови и прочих. Коллеги удивлялись: «Тратить свои деньги?» В этом – весь Амосов…
Время требовало сосредоточить больше внимания на диагностике и лечении врожденных пороков сердца. В 1960-е годы в Институте сердечно-сосудистой хирургии АМН СССР в Москве ежегодно проводились научные сессии, посвященные проблемам хирургического лечения митрального стеноза сердца. В работе этих сессий постоянно принимал участие Н.М.Амосов. Его выступления были профессиональными, яркими, эмоциональными. Каждое слово было продуманным, мысль изложена очень доходчиво. Иногда в конце доклада он извлекал из кармана листок бумаги и читал записанные выводы. Аудитория заражалась эмоциональностью Николая Михайловича и каждый раз провожала его с трибуны бурными аплодисментами. Он их заслужил.
В 1958 году Амосов с коллегами провели эксперименты на собаках, а к концу года попробовали провести операции на больном, но неудачно, случай был слишком тяжелый (только в 1959 году операция по лечению тяжелого врожденного порока сердца прошла удачно).