В 1925 году Бакулев предложил способ пересадки мочеточника. Приблизительно в тоже время он начал экспериментировать над улучшением методики рентгенологического исследования сосудов. Он занимается изучением различных рентгеноконтрастных веществ, занимается публикацией нескольких статей, в которых предлагает оригинальные методы по их применению. Идей было много, а вот применять их было негде. В Саратове не проводились подобные научные работы, поэтому Бакулев задумался о переезде в Москву и в 1926 году осуществил задуманное. Он хотел продолжить учиться, поэтому поступил в ординатуру кафедры хирургии Второго Московского медицинского института. В то время руководителем кафедры был хирург и профессор Сергей Иванович Спасокукоцкий. Под его руководством Бакулев начал совершенствовать методики рентгенологического исследования мозга. В то время он успел наладить и личную жизнь. Бакулев женился на коллеге, которая работала хирургом-гинекологом. Семейное счастье долго не продлилось, жена неожиданно умерла в начале тридцатых годов. Прошло несколько лет, и Бакулев вновь женился на коллеге, вскоре у молодой семьи родилась дочь, которую назвали Марина. Когда дочка выросла, то добилась определенного успеха, она была известным искусствоведом.
Отечественная практика многое бы потеряла, если бы не талант Александра Николаевича. Он первым предложил приемы введения рентгеноконтрастных веществ в мозговые ткани. Открытый метод поспособствовал усовершенствованию диагностики и облегчения проведения ряда нейрохирургических операций. В 1928 году Бакулев защитил кандидатскую диссертацию, после этого его отправили в Германию, а именно в клинику знаменитого нейрохирурга Г. Форстера. Бакулев прошел стажировку, которая длилась год, за это время он изучил пути лечения черепно-мозговых травм и диагностику их последствий.
После возвращения в СССР, он продолжил работу на кафедре Спасокукоцкого, где разрабатывал оригинальную методику лечения черепно-мозговых ранений. Эта методика прошла испытания во время советско-финской войны, после чего была внедрена в практику. Книга, написанная Бакулевым, стала обязательной для военных хирургов.
В то же время он занимается проблемами грудной хирургии. Бакулев организовал специальное отделение хирургической клиники. Толкнуло его на это расширение применения разработанных им методов ангиографии. Рентгеноконтрастные вещества помогали ему заниматься исследованием сосудов, они оказались действенным методом для изучения сосудов сердца. Бакулев создал коронарную ангиографию – это новое направление в кардиодиагностике.
В 1935 году он провел первую операцию на сердце и хирургическим путем ликвидировал прирастание сердечной мышцы к сердечной сумке при прилипчивом перикардите. Он доказал, что лечение перикардита наиболее эффективный способ, позволяющий избежать осложнений и добиться выздоровления в тех случаях, когда терапевтические методы не эффективны.
Бакулев продолжал работать во втором медицинском институте во время Второй Отечественной войны. После смерти Спасокукоцкого, он стал руководителем кафедры, это случилось в 1943 году. Вместе с тем, он работал главным хирургом ряда фронтов, консультируя врачей и проводя сложные операции.
После войны, Бакулев занимался грудной хирургией, совершенствовал методику операций на легких и разрабатывал серию радикальных хирургических операций. Он сумел доказать, что можно вылечить даже те болезни, которые считались неизлечимыми.
Одновременно Бакулев обратился к кардиохирургии. На базе своей клиники он организовал лабораторию сердечно - сосудистой хирургии, где разрабатывал методы хирургического лечения различных пороков сердца. В 1948 году ученый сумел продемонстрировать метод устранения дефекта артериального протока. Следующие годы он посвятил изучению тяжелого вида порока сердца — стеноза (сужение) митрального клапана. Бакулев сумел разработать способ комиссуротомии — операции по хирургическому устранению сужения митрального клапана. Для этого по проекту ученого инженеры сконструировали специальный инструмент — комиссуротом. Этот инструмент вводился в полость сердца и восстанавливал форму створок поврежденного клапана.
Бакулев первым начала оперировать детей, страдающих врожденными пороками сердца. Способ, который был им разработан, лечил больных, возвращая их к нормальной жизни.
На основе его лаборатории в 1955 году был создан Институт сердечно - сосудистой хирургии (который сейчас носит имя выдающегося хирурга). В нем он начал широкую программу по разработке методики хирургического лечения различных заболеваний сердечно - сосудистой системы. Его деятельность отметили в 1965 году международной наградой врачей хирургов - премией «Золотой скальпель». Бакулев – первый русский хирург, которого удостоили такой премии. Поскольку он стал тринадцатым ее обладателем, то в ее престижности не стоит сомневаться. Великий ученый так и не смог осуществить все свои планы, так как в 1967 году он умер от остановки сердца.
