Будучи сотрудником центрального аппарата внешней разведки в тревожные будни первого, самого трагического периода Великой Отечественной войны, Николай Петрович рвался на фронт, но его нагружали новой и новой работой.
В 1943 году его направили в тегеранскую резидентуру. Там он принимал участие в решении задач по обеспечению безопасности работы Тегеранской конференции руководителей трех держав — участниц антигитлеровской коалиции.
В Тегеране Николай Петрович прошел школу работы под руководством таких разведчиков, как Иван Иванович Агаянц, который был в те годы резидентом, и Павел Матвеевич Журавлев, который сначала был заместителем у Ивана Ивановича, а после отъезда Ага-янца возглавил резидентуру.
Имея на связи полтора десятка источников, он широко использовал их для получения разведывательной информации и оказания выгодного для СССР влияния на правительственные круги Ирана.
В тегеранской резидентуре Николай Петрович развил и навыки вербовочной работы, используя возможности прикрытия. А он тогда занимал в Тегеране должность заведующего консульским отделом посольства.
За успешное выполнение разведывательных заданий в Иране Н.П. Лысенков в ноябре 1944 года был награжден орденом «Знак Почета».
В 1945 году он был назначен заместителем резидента во Франции. Во главе парижской резидентуры стоял тогда Иван Иванович Агаянц. Сложился дружный и работоспособный руководящий тандем.
В Париже ярко раскрылся талант Николая Петровича. Хорошо изучив обстановку в послевоенной Франции, он умело строил работу с иностранцами и добился положительных результатов в оперативной работе.
После отъезда Агаянца в Москву Лысенков возглавил парижскую резидентуру. Его личная активная работа по созданию агентурных позиций в Париже служила наглядным примером для молодых разведчиков, и коллектив трудился весьма плодотворно.
Высок был авторитет Советского Союза в послевоенные годы, и состав парижской резидентуры создал хорошие возможности, которые позволяли регулярно добывать ценную информацию, включая документальную.
Один из ее бывших сотрудников вспоминал, как благодаря умелой работе с одним из источников ему удалось выполнить срочное задание Центра — добыть важные документы, касавшиеся «плана Маршалла».
«Естественной была радость Николая Петровича, радость за меня, — вспоминал разведчик. — Но резидент предостерег от зазнайства и предложил глубже изучать связи источника». И работа в этом направлении принесла резидентуре новые успехи.
Возвратившись в 1950 году в Москву, Николай Петрович получил назначение на должность заместителя начальника одного из управлений внешней разведки. Это было признанием его заслуг и опыта.
Итак, выдвижение. А ведь незадолго до того Николай Петрович в одной острой ситуации, не позволявшей медлить и посоветоваться с Центром, принял решение на свой страх и риск. Об этом руководство разведки доложило тогдашнему министру госбезопасности, и Берия предложил «выгнать с работы Лысенкова». Но жизнь показала верность этого решения. Разведчик обеспечил государству на долгие годы канал получения важной и нужной информации.
В послевоенные годы отношения Советского Союза с Соединенными Штатами Америки складывались очень непросто. В Центре было принято решение укрепить резидентуры в Америке, и в Нью-Йорк в 1952 году был направлен резидентом Н.П. Лысенков.
Для нового резидента США были во многом незнакомой страной в разведывательном плане. Он начал упорно изучать обстановку в стране, совершенствовал знание английского языка. И, как всегда, Н. Лысенков большое внимание обращал на сплочение коллектива, создание нормальной рабочей атмосферы. В Нью-Йорке он пользовался большим уважением не только со стороны сотрудников резидентуры, но и Постоянного представительства СССР при ООН. Даже Вышинский, который тогда возглавлял Представительство и отличался, мягко говоря, своеобразным характером, проникся уважением к Николаю Петровичу.
Н. Лысенков был человеком дела, вся его энергия была устремлена на обеспечение успешной работы всего коллектива резидентуры. Вместе с тем он горячо переживал за дочерей, остававшихся в Москве. В одном из писем Николай Петрович отмечал, что преодоление дочерьми возникших у них трудностей в учебе порадовало отца и мать: «У меня теперь есть полная уверенность в ваших успехах. Дело все в том, что надо много работать. Я еще раньше вам говорил — в работе душа не ржавеет, остается чистой!».
У Николая Петровича было слабое здоровье, он им по-настоящему никогда не занимался. В сентябре 1954 года он почувствовал боли под лопаткой, а через некоторое время ему стало трудно принимать пищу. Медицинское освидетельствование в американской клинике, а затем и в Москве показало, что у него тяжелое заболевание. Сказалась напряженная работа.
В делах служебной переписки имеются свидетельства того, что для Лысенкова работа была на первом месте и лишь в самых критических ситуациях, когда ему было, видимо, совсем уж невмоготу, он ставил вопрос о каком-то подобии отдыха.