Направили в Киев делать доклад на эту тему и демонстрировать технику операции. Доклад понравился. По возвращении его пригласили работать в клинику и тут же на кафедру Мединститута читать лекции. Мечты становились реальностью. В 1952 году жена Лида поступила в Киевский мединститут, одержимая мечтой о хирургической карьере. В это же время Амосова пригласили заведовать клиникой в Туберкулезном институте, докторская диссертация была уже представлена к защите. 10 ноября пришло время прощаться с Брянском.
Сначала в Киеве хирургия долго не налаживалась. Он ездил в Брянск оперировать легкие и пищеводы. В январе 1953 года получил письмо от своего друга Исаака Асина, патологоанатома: «Не приезжай. Берегись. Тебе угрожают большие неприятности». Против Амосова началось следствие. За пять лет работы в брянской больнице он сделал 200 резекций легких при раках, нагноениях и туберкулезе. Весь удаленный материал хранился в бочках с формалином. Следователь бочки опечатал и предложил Асину сознаться, что Амосов удалял легкие здоровым людям. В отделении быстро провели партийное собрание, на котором об убийствах заговорили в открытую. И никто не выступил в защиту Амосова. Позже выяснилось, что муж одной больничной сестры, следователь, захотел на Амосове сделать карьеру, раскрыть преступника-хирурга. Как раз перед тем в Москве арестовали группу кремлевских «терапевтов-отравителей» во главе с Виноградовым и написали в газетах об их вредительстве. К счастью, 5 марта 1953 года умер Сталин, дело прекратили. Врач из кремлевской больницы, на показаниях которой основывалось обвинение, сначала получила орден Ленина, потом исчезла.
Побывав в Мексике на хирургическом конгрессе и увидев аппарат искусственного кровообращения (АИК), который позволял делать сложнейшие операции на сердце, Николай Михайлович загорелся сделать для своей клиники такой же. Вернувшись в Киев, он засел за эскизы АИКа. Вспомнил, что дипломированный инженер все-таки и когда-то конструировал огромный самолет. За неделю сделал чертеж, аппарат изготовили за два месяца. В начале 1958 года уже пробовали выключать сердце на собаке, а в конце года рискнули перейти на человека. Только третий больной перенес операцию в апреле 1960 года. С тех пор в его клинике с помощью АИКа начали регулярно делать операции больным с врожденным пороком сердца и другой патологией. Одновременно его назначают заведовать отделом биологической кибернетики в Институте кибернетики АН УССР.
В 1964 году Валерий Иванович Шумаков пересадил сердце теленка, затем Бернар — сердце человека. Это был вызов профессионализму Амосова, на который ему ответить было нечем. В сентябре 1967 года Николай Михайлович Амосов отправился в Австрию на очередной Международный конгресс хирургов. К этому времени его положение среди хирургов было высокое. Сердечная хирургия с искусственным кровообращением развивалась интенсивно, у него были самые большие и лучшие в стране статистические результаты. Протезирование аортального клапана сердца он поставил на поток.
В 1969 году в США напечатана книга Амосова «Мысли и сердце». Отзывы были прекрасные, и журнал «Look» («Взгляд») прислал к нему корреспондента и фотографа. А началось писательство после одного трагического случая. «Однажды осенью 1962-го, после смерти на операции больной девочки, было очень скверно. Хотелось напиться и кому-нибудь пожаловаться. Я сел и описал этот день. Так возникла глава "Первый день" в книге "Мысли и сердце". Долго правил, выжидал, сомневался. Прочитал приятелям, знакомым, всем нравилось. Напечатали в "Науке и жизни", потом издали книгой. Писатель Сент-Джордж, американец русского происхождения, перевел на английский, были переводы почти на все европейские языки». Писать только начни, потом не остановишься — это ведь своеобразный психоанализ, затягивает, словно наркотик.
