В предвоенные годы Н.Т. Гудцов и его ученики выполнили цикл работ по расширению сортаментов стали и поиску новых легирующих добавок. Это направление определялось стремительным индустриальным рывком Советского Союза и возникновением новых отраслей производства. Станкостроение, энергомашиностроение, приборостроение, оборонная промышленность остро нуждались в новых марках стали с высокой термоустойчивостью и надёжными прочностными характеристиками. Проведённые Николаем Тимофеевичем исследования охватывали все виды легированной стали – строительную, нержавеющую, износоупорную, конструкционную, инструментальную и др.
В годы Великой Отечественной войны, находясь на Урале, учёный и его коллеги по заданию ГКО провели огромную работу по созданию специальных марок сталей для оборонной промышленности. За эти изыскания Н.Т. Гудцов в 1943 г. был удостоен Сталинской премии I степени.
После возвращения в Москву Николай Тимофеевич возглавил кафедру термической обработки и металловедения Московского института стали и сплавов и одновременно Отдел металловедения Института металлургии АН СССР.
Большое внимание Н.Т. Гудцов уделял подготовке инженерных кадров. Педагогика была его вторым, после науки, призванием. Он отдал ей более сорока лет. Начало педагогической деятельности учёного восходит к 1915 г. С 1920 г. он преподаёт в Ленинградском политехническом институте (с 1926 г. – доцент, с 1930 г. – профессор, заведующий созданной им кафедрой термической обработки стали). В 30-е гг. на основе собственного педагогического опыта он подготовил для металлургических факультетов вузов страны курсы лекций «Специальная сталь, её свойства, обработка и применение», «Сталь, её природа и свойства», «Металлография и термическая обработка стали», «Физическая металлография». Николай Тимофеевич – автор учебника «Основы физической металлографии стали» (1934), ставшего настольной книгой нескольких поколений студентов. Ленинградская металловедческая школа, основателем которой по праву считается Н.Т. Гудцов, представлена десятками докторов и кандидатов наук, руководителями крупнейших сталелитейных предприятий, выдающимися учёными-металловедами, организаторами и преподавателями высшей технической школы.
