Научно-педагогический коллектив академии состоял из блестящих военных теоретиков, таких, как В.Ф. Новицкий, А.А. Свечин, И.И. Вацетис, Б.И. Доливо-Добровольский, А.К. Коленковский, Н.Е. Варфоломеев и другие. В марте 1927 года решением Реввоенсовета СССР им было присвоено почетное звание «преподаватель высшего военно-учебного заведения РККА», а немного позже «профессор высшего военно-учебного заведения РККА».
Большим авторитетом в области оперативно-тактической мысли был будущий начальник оперативного управления Главного штаба РККА Владимир Кириакович Триандафилов, а в области инженерной службы — главный руководитель военно-инженерного дела во всех академиях Дмитрий Михайлович Карбышев.
Триандафилов первым начал разрабатывать теорию глубокой операции, предусматривающую подавление обороны противника на всю ее глубину за счет использования танков, авиации и воздушно-десантных войск. Триандафилов разработал теорию глубокого наступательного общевойскового боя, изложенными им принципами с успехом пользовались многие военачальники Второй мировой войны.
Карбышев был блестящим преподавателем. Учившийся в то время в академии будущий прославленный маршал И.Х. Баграмян впоследствии написал: «Едва ли не самым популярным из наших преподавателей был Д.М. Карбышев, руководивший кафедрой инженерной службы. Лекции он читал с таким знанием дела, так просто и ясно, что самостоятельная работа по его предмету не вызывала у слушателей затруднений. В его лекциях были широко представлены и материалы о новейших достижениях инженерной службы нашей и иностранных армий, и разнообразные исторические примеры, и подлинные документы прошедших войн. Слушатели очень любили консультации Дмитрия Михайловича, во время которых получали все данные, чтобы прийти к правильному решению той или иной задачи. Дмитрий Михайлович никогда не «натаскивал» слушателей, он старался развивать у нас самостоятельность мышления, оградить от шаблона, схемы. Главную свою задачу он видел в том, чтобы мы твердо усвоили и разумно применяли принципы, лежащие в основе инженерных расчетов».
Вот с какими преподавателями пришлось столкнуться Ватутину. Годы учебы в академии совпали с необыкновенным скачком советской военно-теоретической мысли. Один за другим выходят труды: М.Н. Тухачевского «Вопросы современной стратегии», И.П. Уборевича «Подготовка комсостава РККА», А.А. Свечина «Стратегия», А.К. Коленковского «О наступательной операции армии, входящей в состав фронта», В.К. Триандафилова «Характер операций современных армий».
Сначала Николая Федоровича очень увлекла работа Триандафилова. Уже в то время относительно роли танков тот писал: «В крупном тактическом значении танков для будущей войны теперь никто не сомневается. Имеющееся к данному времени увеличение автоматического оружия в пехоте, тенденция дальнейшего увеличения и качественного улучшения этого оружия, широкое распространение искусственных препятствий в обороне и отставание средств подавления (артиллерии) от средств обороны выдвигают танки как одно из могущественных средств для будущей войны».
К сожалению, Триандафилов не довел свои теоретические разработки до конца. В 1931 году он трагически погиб в авиационной катастрофе.
В тот период большое впечатление на Ватутина произвела книга Б.М. Шапошникова «Мозг армии», в которой он знакомил читателей с основными взглядами на характер войны, ее способами и масштабами ведения, историческими, экономическими и политическими взаимосвязями, анализировал структуры Генерального штаба, сущность его работы и требования, предъявляемые к органам оперативного управления, военачальникам и штабным работникам. Ватутина особенно заинтересовали страницы, где речь шла о требованиях, предъявляемых к командиру, военачальнику, полководцу. Равновесие ума и характера, знаний и темперамента при хорошем строевом опыте — первое необходимое условие успеха. Но тут же Шапошников предупреждает, что злоупотребление силой характера стесняет свободу ума. Вспыльчивость и упрямство затемняют разум и делают полководца рабом чувства, а у него всегда должна быть «холодная голова». Особое значение для военачальника имеет чувство ответственности. Но даже при наличии всех этих качеств Шапошников особый упор делал на постоянное трудолюбие. На долгие годы запомнил Ватутин слова Шапошникова: «Современное военное дело настолько усложнилось, настолько быстро шагает вперед, что необходимость идти нога в ногу с ним вынуждает к усиленной работе. Сутки современного военачальника не имеют излишествующих часов, а наоборот, в них чувствуется недостаток, ибо нагрузка велика. Слов нет, что от такой нагрузки недалеко и до перегрузки, переутомления, поэтому очень важно нормализовать свою работу, прибегнув к системе научной организации труда».