Незаметно подошло лето. Слушатели выехали в Дарницкие лагеря, располагавшиеся на левом берегу Днепра. Здесь они отрабатывали тактические вопросы, производили топографические съемки местности, учились форсированию такой мощной водной преграды, как Днепр. В лагерях Ватутин написал на имя начальника школы рапорт, в котором просил разрешить сдать выпускные экзамены досрочно. Командование пошло ему навстречу. В конце июля Ватутин вернулся в Чугуев, в 67-й стрелковый полк, и получил назначение на должность помощника командира роты полковой школы, а через полгода Н. Ф. Ватутин становится командиром стрелковой роты. Это подразделение было отстающим. Новый командир за короткий срок вывел его в передовые.
В аттестации Н. Ф. Ватутина в тот период было записано: «Сила воли развита в высшей степени. Энергичный. Авторитетный. Служит примером для комсостава полка. Здоров. Вынослив. В обстановке разбирается хорошо. Оценивает правильно. Твердо знает свое дело. К себе и подчиненным требователен. Хороший стрелок. Методист стрелкового дела. Любит военную службу». А вот Ватутин был недоволен собой. Не раз говорил жене: «Знаний, знаний мне, Танюша, не хватает».
В 1926 году ему разрешили сдавать вступительные экзамены в Военную академию имени М. В. Фрунзе.
С огромным волнением переступил он порог небольшого здания академии на Кропоткинской улице в Москве. Вступительные экзамены длились почти месяц. И вот наконец в фойе, на доске объявлений, был вывешен список тех, кто принят. Почти в самом начале его Николай Федорович прочитал и свою фамилию.
И снова Ватутин в пути. Он возвращается в Чугуев, чтобы сдать роту новому командиру. В кармане — предписание, выданное в академии на имя командира 23-й стрелковой дивизии: «Слушателя Ватутина Н. Ф. откомандировать в распоряжение начальника Военной академии имени М. В. Фрунзе».
Начались занятия. Все было подчинено одной цели — как можно лучше усвоить то, чему учат в академии. Преподаватели сразу же подметили у Ватутина такие черты, как целеустремленность, настойчивость, глубина тактического мышления, прозорливость, умение в нужный момент пойти на обоснованный риск, быстро принять решение и провести его в жизнь. «Не признает шаблона. Склонен к ведению маневренного боя. Умеет трезво оценивать самые сложные ситуации и находить оптимальные варианты выхода из них». Так были оценены военные знания Николая Федоровича уже к концу первого года учебы.
В академии Ватутин впервые столкнулся со штабной службой и полюбил ее. В то же время он все больше и больше увлекался военной историей. Овладевая марксистским методом ее познания, Ватутин учился оценивать минувшие события исходя прежде всего из тех экономических условий и предпосылок, которые определяли состояние развития оружия и боевой техники, организацию и тактику войск.
Но ни одна из войн мировой истории так не обогатила его знания, как опыт недавно отгремевшей гражданской войны. Изучая ход этой войны, сравнивая ее со многими другими, Ватутин видел, что Красная Армия была единственной армией в мире, которая побеждала в неимоверно трудных, зачастую в стратегически невыгодных для нее условиях. И он знал, что это стало возможным благодаря могучей революционной силе народа, который под руководством Коммунистической партии поднялся на борьбу за свою родную Советскую власть.
Н. Ф. Ватутин был избран членом бюро партийной организации третьего курса. К партийной работе он всегда относился как к делу первостепенной важности. Любое партийное поручение выполнял с большим желанием, проявляя при этом инициативу. Однажды ему предложили выступить со статьей в выпускаемом в академии сборнике и поделиться опытом организации партийной работы на курсе. Он согласился. Статья, по всеобщему признанию, получилась хорошей. «Главнейшей задачей нашей партработы, — говорилось в ней, — являлась постоянная и бдительная забота об укреплении идеологической устойчивости наших рядов на основе генеральной линии партии». Говоря об успехах слушателей, Николай Федорович подчеркивал, что они стали возможны благодаря правильному партийному руководству в масштабе всей академии. «Только при этом условии, — писал он, — мы могли в основной массе воспитать партийца-большевика, активного и непримиримого борца за ленинскую линию нашей партии, воспитать новую когорту строителей Красной Армии в духе решений нашей партии, решений пленумов РВСР и на основе единства всего начсостава».
Заканчивалась статья словами: «Уходя из академии, мы желаем, чтобы опыт нашей работы был учтен, чтобы академия организовала прочную связь со своими питомцами, а о себе мы говорим: «Мы готовы к работе в РККА».