Поликарпов прошел по конкурсу аттестатов и был зачислен на механическое отделение. Так началась его студенческая жизнь.
Лекции ему читали крупнейшие ученые России: курс физики — 8.8. Скобельцин, теоретической механики — И. В. Мещерский, Л. В. Ассур, химии — Н. С. Курнаков, математики — И. И. Иванов, Л. И. Станевич, В. Н. Станевич. Занятия по начертательной геометрии вел Н. А. Рынин, по прикладной механике — В. Л. Кирпичев, по строительной механике — Б. Г. Галеркин.
Из многих других преподавателей интересно упомянуть А. Ф. Иоффе, будущего академика, директора Физико-технического института, ныне носящего его имя.
На механическом отделении номинальный срок подготовки специалистов составлял 8 семестров, включая один семестр для дипломной работы. В каждом семестре в среднем рекомендовалось прослушать по всем (!) дисциплинам всего 20 лекций, пройти 14 практических занятий и 6 лабораторных. Эти цифры наглядно показывают, что основное внимание уделялось самостоятельному изучению предметов. Поэтому, для того чтобы уложиться в номинальный срок обучения — 4 года, требовалась исключительно напряженная работа. Для большинства студентов механического отделения срок обучения растягивался до 6–7 лет. Немалую роль в этом играла относительно высокая для многих студентов плата за обучение.
Механическое отделение имело свой лабораторный комплекс, так называемый механический павильон, в котором находились лаборатории испытания материалов, паровых котлов, двигателей внутреннего сгорания.
Деканом отделения являлся профессор Александр Александрович Радциг (1869–1941) — крупный ученый в области тепловых и холодильных машин, в советское время — член-корреспондент Академии наук СССР (с 1933 г.), заслуженный деятель науки и техники.
Первоначально Николай Николаевич проживал недалеко от института — на проспекте Шадрина в доме № 11, затем сменил ряд квартир. Был прописан на улице Зубчанинова, Большой Спасской, Старопаргаловском и Муринском проспектах. С сентября 1913 г. опять поселился на Большой Спасской в доме № 1, и этот адрес уже не менял до конца обучения. До настоящего времени ни один из домов, где проживал Николай Николаевич в студенческие годы, не сохранился.
В сентябре 1912 г. Поликарпов подал прошение об освобождении его от уплаты за обучение в текущем семестре. Свое прошение он мотивировал «острой необходимостью, вызванной плохим урожаем хлеба, побитого градом», указывал на многочисленность семьи. Из этого же документа мы узнаем, что от родителей он получал ежемесячно 20 рублей, 40 рублей заработал в течение лета. По-видимому, мотивировка была признана достаточно серьезной. Его прошение было удовлетворено.
Перед Первой мировой войной студентам для сносного существования требовалось 35–45 рублей в месяц. Николай Николаевич вынужден был искать случая заработать немного денег, чтобы иметь возможность продолжить обучение в институте.
«Сначала нас училось у отца пятеро, затем шестеро детей одновременно, — вспоминал он. — Денег на учебу, конечно, не хватало, отец и мать отказывали себе во всем, чтобы выучить нас. Мы понимали это и учились изо всех сил. Это сознание — необходимость помочь отцу, своим младшим братьям и сестрам, а также отплатить семье — заставляло меня усиленно работать».
Летнюю практику 1912 г. Поликарпов проводил в Ливенском земстве, работая техником по ремонту шоссе и каменного моста в селе Жерино. Летом 1913 г. также находился в родных краях, где, будучи помощником прораба, строил железобетонный мост в селе Казинки.
Круг предметов в институте с каждым семестром расширялся, становился более «инженерным».
С 1914 г. началось изучение дисциплин по специальности. В то время на механическом отделении имелось три специализации: заводская, машиностроительная, железнодорожная. Николай Николаевич выбрал тепловую группу машиностроительной специализации, на которой готовились инженеры-механики по паровым турбинам, двигателям внутреннего сгорания, системам отопления и вентиляции. В одной группе с ним учился А. А. Бессонов, впоследствии известный советский конструктор авиационных двигателей. Дружбу, зародившуюся в студенческие годы, они пронесли через всю свою жизнь.
Трудно сказать, чем руководствовался Николай Николаевич при выборе специальности, однако в дальнейшем такое основательное изучение тепловых двигателей позволило ему с одинаковой легкостью устанавливать на самолеты двигатели как воздушного, так и водяного охлаждения, создавать оригинальные капоты.