Учёный, авиаконструктор, родоначальник советской истребительной авиации, «король истребителей». Профессор, заведующий кафедрой конструкций и проектирования самолётов МАИ, Герой Социалистического Труда.

За свою жизнь создал свыше 80 самолётов различных типов, в том числе такие известные истребители, строившиеся в разные годы серийно, как И-3 (399 машин), И-5 (803), И-15 (674 машины; мировой рекорд высоты), И-153 (3437), И-185, И-16 (находился в серийном производстве с 1934 по 1941; всего было построено 9 450 машин), учебно-тренировочный истребитель УТИ-4 (1 639 машин). Самолёт первоначального обучения У-2 (По-2) строился до 1959. За это время выпущено более 40 тысяч машин, на них было подготовлено более 100 тысяч лётчиков. Во время Великой Отечественной войны У-2 успешно применялись в качестве разведчиков, ночных бомбардировщиков.

Одним из первых он разделил проектирование самолётов на специализированные части. Под его руководством работали А. И. Микоян, М. К. Янгель, А. В. Потопалов, В. К. Таиров, В. В. Никитин и другие специалисты, ставшие впоследствии видными конструкторами авиационной и ракетно-космической техники.