Сухов возглавлял возникшую при академии в 1940 г. комиссию по охране и восстановлению памятников архитектуры, ставившую целью создание научной базы для реставрации. С началом войны ее деятельность пришлось изменить: необходимо было принимать экстренные меры для защиты памятников от налетов вражеской авиации. К этому же времени относится начало большой работы комиссии по обследованию и обмерам памятников Москвы и Московской области. Накопленный в это время научный материал послужил основой для консультаций Сухова по выполнению проектов разрушенных во время войны городов — Смоленска, Новгорода, Пскова, Ленинграда, Калинина, Воронежа, Киева, Ростова-на-Дону и ряда других.
Для Москвы с ее многовековой историей особое значение имели труды Сухова в области сохранения архитектурного наследия города. К рубежу XIX—XX вв. Москва донесла свои исторические сооружения сильно искаженными позднейшими перестройками и зачастую обезличенными. Это коснулось даже таких зданий, как Покровский собор. Китайгородская стена, например, в течение XVIII—XIX вв. дочти полностью была обстроена как извце, так и особенно изнутри Китай-города и во многих местах каэалась безвозвратно утраченной. Скрупулезное исследование, когда понадобились и опыт строителя, и глубокое знание приемов русского зодчества, позволило Сухову дать ряд рисунков-реконструкций, ставших исходными для проекта реставрации.
Исследуя тот или иной памятник архитектуры, Сухов видел его в конкретной исторической ситуации, в условиях не только существовавшего некогда ландшафта и прилегающих строений, но и всей системы древнего строительства в городе и за его пределами. Так он рассматривал Московский Кремль и его ближайшее окружение, выясняя местоположение Тиунской избы близ Покровского собора и особенности застройки Никольской улицы. Наряду с уникальными памятниками его внимание привлекали необходимые для повседневной жизни города сооружения — Соловецкое подворье, Сурожские гостиные ряды, Английский двор и др., свидетельствующие о взаимосвязи Москвы с отдаленными землями. Его занимали мосты, заставы, ближние и дальние монастыри-сторожи, представлявшие собой образцы высокого строительного мастерства. Все это складывалось в картину полнокровной жизни древних поселений — городских, монастырских, сельских, представление о которых дают суховские акварели.
Возросшее в наши дни внимание к визуальным связям памятников в композиции города присутствует постоянно в его реконструкциях, сделанных полвека тому назад.
Характерным для Сухова как реставратора было то, что памятники, ставшие предметом его внимания, никогда более не уходили из поля его зрения. В особенности это относится к Московскому Кремлю и Покровскому собору, которыми, с различной степенью участия как исследователя, реставратора, позднее консультанта, он занимался практически всю жизнь. С 1923—1933 гг. Сухов был главным архитектором, а ранее консультантом по сохранению памятников Московского Кремля и вел работы по реставрации стен, башен, теремов и соборов. Одной из главных целей при этом было более углубленное изучение памятников, выяснение истории их перестроек. Здесь проявилась важная черта научного метода Сухова: не стремиться к быстрому эффекту восстановления, рассматривать работу как один из этапов реставрационного процесса, передавая эстафету следующим поколениям исследователей.
Работы Сухова в Кремле позволили в ряде случаев выявить изт начальную планировку зданий, их взаимосвязь, своеобразие древних архитектурных форм. Вместе с Н. Н. Померанцевым он обстоятельно обследовал, освободив от позднейших наслоений, один из древнейших кремлевских памятников — церковь Воскрешения Лазаря (1393—1394 гг.). К наиболее интересным по своей методике и результатам работам Сухова в Кремле относится начатое еще в 1918 г. обследование и реконструкция Патриарших палат и примыкающего к ним собора Двенадцати апостолов. В перестроенном до неузнаваемости здании были восстановлены разрушенные своды, вскрыты внутренние лестницы и переходы, благодаря чему стала очевидной планировка XVII в., обнаружен проезд с Соборной площади на Патриарший двор.
Реставрационные работы в теремах велись во втором этаже — в так называемых палатах Жилецкой, Мастерских и северном коридоре, выходящем к церквам Екатерины и Ризположения. Здесь открылись древние проемы, фрагменты орнаментальных росписей рубежа XVIII—XIX вв. и великолепные резные белокаменные наличники окон. Были найдены и частично раскрыты лестницы, соединявшие верхние этажи теремов с переходами, которые вели к западному входу в Успенский собор, обнаружен широкий одноарочный проезд под теремами, по которому некогда возки подъезжали прямо ко входу в личные палаты теремов.