В 1939 году стал заместителем главного конструктора. В июле 1941-го отправился на Челябинский тракторный завод, куда было эвакуировано 7 крупных машиностроительных предприятий. Наладил серийное производство танков Т-34. Модернизировал танки
«Клим Ворошилов», которые после этого прекрасно показали себя в сражении на Курской дуге.
Тяжёлый танк «Иосиф Сталин» разработало конструкторское бюро под руководством Духова. Эта машина, а также созданные на её базе самоходные артиллерийские установки «прожили» аж до 1960-х и не уступали по боевым качествам лучшим иностранным образцам.
Свою первую звезду Героя Социалистического Труда и первую Сталинскую премию Николай Леонидович получил как конструктор танков.
А в 1948 году жизнь неожиданно сделала крутой поворот – его привлекли к работам по созданию отечественного ядерного оружия. В Конструкторском бюро № 11 он возглавил научно-конструкторский сектор.
Его талант вносить ясность в самые запутанные вопросы и находить простые решения самых сложных и, казалось бы, неразрешимых задач оказались здесь как нельзя кстати. Ведь разрабатывались принципиально новые конструкции и совершенно новые технологические направления, организовывались специализированные производства, отрабатывались расчётные методики, создавалась вычислительная техника, велись разработки в области материаловедения. Всё это Духов сумел упорядочить, став основателем советской конструкторской школы по ядерным боеприпасам.
Он участвовал и в испытаниях на полигоне. А когда разработчики бомбы решили использовать идею Зельдовича о внешнем нейтронном инициировании ядерного заряда, потребовалась сложная автоматика – по сути целая «электростанция» на бомбе. Коллектив под руководством Николая Леонидовича её создал.
Кроме того, в начале 1950-х стало ясно, что носителями ядерных боеприпасов могут быть не только бомбы, но и ракеты и торпеды. Член-корреспондент РАН, генерал-лейтенант инженерно-технической службы Духов предложил заняться разработкой новых ядерных боеприпасов, бортовых приборов и контрольно-измерительной аппаратуры.
Он стал руководителем филиала № 1 КБ-11 – бывшего завода № 25 Министерства авиапромышленности, который был передан в ведение Министерству среднего машиностроения. Формировались научно-конструкторские направления, велась реконструкция производства, строительство лабораторного корпуса, развивались технологические службы, строился корпус для исследовательских и испытательных лабораторий. Но не меньше внимания Духов уделял и людям – старался создать им хорошие рабочие и бытовые условия.
Под его руководством были заложены основы нескольких направлений развития ядерных боеприпасов, велись разработки заряда для первой межконтинентальной баллистической ракеты Р7, тактических и крылатых ракет, зенитных управляемых ракет и торпед. При жизни конструктора передано в серийное производство и принято на вооружение 20%
создававшихся под его руководством ядерных боеприпасов.
Ушёл из жизни он в 1964 году, похоронен на Новодевичьем кладбище. Всероссийский НИИ автоматики носит имя своего первого руководителя.