В 1943 году Николай Пилюгин защитил кандидатскую диссертацию. В 1944 году работал в отделе управления НИИ-1 по ракетной технике. В 1944—1946 годах изучал по обломкам немецкую баллистическую ракету Фау-2.
По предложению Сергея Королёва Пилюгин в 1946 году стал главным конструктором автономных систем управления в НИИ-885 и членом Совета главных конструкторов[2].
Вёл разработку автоматизированной системы управления баллистической ракеты Р-1.
Разрабатывал системы управления ракет Р-1, Р-7 (выводившей на орбиту Спутник-1 и первого космонавта), руководил разработкой систем управления многих межпланетных станций, ракет «Протон», советского космического челнока «Буран».
Дважды Герой Социалистического Труда (1956 и 1961):
Указом Президиума Верховного Совета СССР № 235/13 в статусе «совершенно секретно» от 20 апреля 1956 года «за заслуги в деле создания дальних баллистических ракет»[4].
В мае 2008 года недалеко от Научно-производственного центра автоматики и приборостроения в Москве был установлен памятник Николаю Пилюгину. На открытии присутствовала дочь академика Надежда Пилюгина[6]. Также бюст Н. Пилюгина был открыт в городе Байконуре.
↑Указ Президиума Верховного Совета СССР «О присвоении звания Героя Социалистического Труда т.т. Бармину В. П., Глушко В. П., Королёву С. П., Кузнецову В. Н., Мишину В. П., Пилюгину Н. А., Рязанскому М. С. за заслуги в деле создания дальних баллистических ракет» от 20 апреля 1956 года.
↑История названий томских улиц. Издание третье, дополненное. Отв. ред. Г. Н. Старикова. — Томск. Издательство Д-Принт 2012. — 368с. С. 19, 222.
Осташев А. И., «Сергей Павлович Королёв — гений XX века»: прижизненные личные воспоминания об академике С. П. КОРОЛЁВЕ — 2010 г. М.: ГОУ ВПО МГУЛ — ISBN 978-5-8135-0510-2
«Байконур. Королёв. Янгель.» — М. И. Кузнецкий, Воронеж: ИПФ «Воронеж», 1997 г. — ISBN 5-89981-117-X
«Берег Вселенной» — под редакцией Болтенко А. С., г. Киев, 2014 г., издательство «Феникс» — ISBN 978-966-136-169-9
Н. Бурцева, Е. Петров.Жирограф и ДРАКОН Пилюгина (неопр.). Телерадиостудия Роскосмоса. (17 мая 2008). — Фильм выпущен к 100-летию со дня рождения Главного конструктора систем управления ракет-носителей, академика Н. А. Пилюгина. Дата обращения: 27 декабря 2012. Архивировано 14 декабря 2014 года.