В 1939 г. Н.К. Байбаков назначается начальником главка Наркомата топливной промышленности. С 1940 г. работает в Наркомате нефтяной промышленности сначала заместителем наркома, а с 1944 по 1955 гг. – наркомом (министром). В годы Великой Отечественной войны Н.К. Байбаков являлся уполномоченным Государственного комитета обороны по обеспечению фронта и тыла горючим.
Николай Константинович по праву считается родоначальником современной отечественной нефтяной и газовой промышленности, он непосредственно принимал участие в планировании и координации работ по освоению крупнейших нефтегазовых регионов Волги, Урала и Западной Сибири, был инициатором разработок высокоэффективных способов бурения, добычи и переработки нефти и газа.
Еще будучи начинающим специалистом, работая в Баку, он предложил новый метод борьбы с обводнением скважин посредством вторичных заливок, получивший в литературе название «способ Байбакова». В те же годы он обосновал и внедрил способ беструбной эксплуатации скважин, позволивший сэкономить тонны насосно-компрессорных труб.
Доктор технических наук, почетный академик Академии наук СССР Н.К. Байбаков – автор более 200 научных трудов и общественно-политических публикаций. Круг его научных и инженерных интересов был чрезвычайно широк. Он решал проблемы комплексной разработки нефтяных и газовых месторождений, занимался внедрением термических методов добычи нефти, разработкой технологий эксплуатации газоконденсатных скважин. За освоение газоконденсатных месторождений Краснодарского края Н.К. Байбакову в 1963 г. была присуждена Ленинская премия.
В своей многогранной деятельности Н.К. Байбаков всегда уделял внимание инновационным проектам в различных отраслях народного хозяйства. В нефтяной промышленности под его руководством и при его непосредственном участии была внедрена научно обоснованная технология разработки уникальных месторождений Западной Сибири, Урало-Поволжья и Средней Азии. Был разработан и внедрен метод поддержания пластового давления посредством нагнетания в пласт под высоким давлением жидкости или газа, начато строительство магистральных газопроводов большого диаметра (до 1420 мм и с давлением до 12 МПа).
Большое внимание Н.К. Байбаков уделял новым технологиям бурения скважин, в том числе с использованием турбобуров. В годы перестройки он был в числе высших руководителей, кто безоговорочно поддержал инициативу создания Газпрома.
Для интенсификации разработки принципиально новых проектов техники и технологии бурения и эксплуатации скважин по инициативе Николая Константиновича создавались новые научные организации. Так, было создано конструкторское бюро для производства бесштанговых насосов для добычи нефти – ОКБ БН (приказ министра нефтяной промышленности №1336 от 27 сентября 1950 г.), консолидированы несколько конструкторских и научных организаций, занимавшихся созданием буровой техники (постановление Совета министров СССР от 19 февраля 1953 г. о создании ВНИИбурнефти (впоследствии – ВНИИБТ). Прошедшие десятилетия подтвердили значимость этих организаций в деле обеспечения технического прогресса в нефтяной отрасли.
После ухода с правительственной работы в 1986 г. Николай Константинович вернулся к своей любимой нефтегазовой отрасли. Работая главным научным сотрудником Института проблем нефти и газа РАН, он занимался решением многочисленных научных проблем нефтегазовой промышленности, в частности стремился поддержать развитие отечественной технологии бурения горизонтальных скважин и создание нового поколения электробуров. Понадобилось много лет, прежде чем созданная в СССР (ВНИИБТ) в 50-х гг. технология бурения горизонтальных скважин стала действительно широко применяться в России при разработке нефтегазовых месторождений. Когда в конце прошлого века за рубежом заинтересовались российскими технологиями бурения электробуром , группа специалистов, в том числе Н.К. Байбаков, приняла участие в ежегодной конференции Общества инженеров-нефтяников в США, где ими был представлен доклад «Опыт и перспективы бурения электробуром», что способствовало закреплению приоритета отечественной буровой техники.
Многие годы Н.К. Байбаков вел активную общественно-политическую работу. На шести съездах партии он избирался членом ЦК КПСС, был депутатом Верховного Совета СССР семи созывов.
Вся жизнь Н.К. Байбакова является примером беззаветного служения нашему государству, и память о нем сохранится в истории нашей страны. Международная топливо-энергетическая ассоциация учредила Премию им. Н.К. Байбакова, которая ежегодно присуждается специалистам и ученым, внесшим существенный вклад в развитие энергетики и общества.
Построенный на заводе «Красное Сормово» теплоход «Николай Байбаков» 15 лет ходит в акватории Черного и Средиземного морей.
В своих воспоминаниях современники Николая Константиновича отмечают, что секрет его творческого долголетия и огромной жизненной энергии кроется в характере и энтузиазме этого человека.
Можно считать завещанием слова: Н.К. Байбакова «Жизнь – это, с одной стороны, теплота твоего сердца, а с другой – преданность Родине и делу, которому служишь, вера в окружающих тебя людей. Именно это позволяет решать сложные жизненные задачи и добиваться результатов».