С 1 марта1931 года, после окончания института, Н. А. Кучеренко работал чертёжником-конструктором на ХПЗ (в 1936 году танковое производство на ХПЗ получило наименование «Завод № 183»). В этом же году Кучеренко перешёл на работу в танковую конструкторскую группу.
В 1934—1937 годах — заместитель начальника СКБ, в 1938—1939 годах — начальник КБ-100, в 1939—1940 годах — заместитель начальника КБ-520, в 1940—1947 годах — начальник КБ-520, одновременно с ноября 1939 по август 1947 года — заместитель главного конструктора завода № 183 А. А. Морозова, эвакуированного в 1941 году в Нижний Тагил и воссозданный на базе Уралвагонзавода.
Н. А. Кучеренко участвовал в совершенствовании организации производства советского серийного танка Т-24, в разработке лёгких колесно-гусеничных танков БТ-2 (1931), БТ-5 (1932), БТ-7 (1934) и БТ-7М (1938).
Мемориальная доска на доме № 23 по улице Усиевича в Москве.
В годы Великой Отечественной войны и после неё Н. А. Кучеренко работал на Уральском заводе № 183 в Нижнем Тагиле начальником КБ-520, заместителем главного конструктора завода (1941—1947), руководил модернизацией танка Т-34, участвовал в разработке танка Т-44 и ряда других опытных образцов. Член ВКП(б) с 1942 года.
В 1952—1967 годах находился на руководящей работе: начальник Главного управления танкового производства Министерства транспортного машиностроения СССР (позднее было преобразовано в Комитет оборонной промышленности, а затем в МОП СССР). Председатель государственной экзаменационной комиссии в МВТУ имени Н. Э. Баумана, главный редактор журнала «Вестник танковой промышленности».
В 1960-х годах под непосредственным руководством Н. А. Кучеренко сконструирована самоходная тележка, послужившая в дальнейшем для создания «Лунохода».[1]
Сталинская премия I степени (10 апреля 1942) — за разработку конструкции нового типа среднего танка
Сталинская премия I степени (1946) — за разработку конструкции нового танка и коренное усовершенствование существующего среднего танка
Сталинская премия II степени (1948) — за создание нового танка (Т-54)
Память
В специальной экспозиции музея истории танка Т-34, посвящённой 100-летию Н. А. Кучеренко, представлена послевоенная деятельность этого человека, засекреченного на протяжении многих десятилетий.
Однажды на вопрос о своей самой заветной мечте Н. А. Кучеренко без малейшего колебания ответил: «Мечтаю, чтобы на Земле все танкисты стали трактористами!»[1]