В бытность Екатерины II в Нижнем Новгороде, он преподнес царице уникально сделанные в форме гусиного яйца часы необыкновенно сложного устройства. Помимо часов, яйцо заключало в себе миниатюрную панораму — сцену из священной истории. Крошечные фигурки воспроизводили человеческие движения, а музыкальный механизм исполнял пасхальную песнь. Пораженная искусством нижегородца-самородка, императрица пригласила его в столицу, где он получил должность управителя механической мастерской при Российской Академии наук.
Дальнейшая творческо-изобретательская деятельность Кулибина была поистине изумительной. Он прежде всего привел механическую мастерскую Академии в такое блестящее состояние, что в ней стали не только чинить, но и делать разные математические, физические, гидравлические, астрономические и другие научные приборы и инструменты. Самолично Кулибин делает телескопы, микроскопы, модель дугообразного деревянного моста через Неву и модель телеграфа. Изобретает исключительно яркие фонари, получившие название Кулибинских, самокатку (прообраз будущих самодвижущихся экипажей), искусственные ноги, успешно заменявшие инвалидам их потерянные конечности.
Для забавы императрицы и двора Кулибин придумывал разные затейливые механические игрушки и фейерверки без дыма и огня.
Немало славы механику доставил и случай с остановившимся на стапеле строительной верфи русским кораблем «Благодать». Столичные механики и ученые, истощив все средства, потеряли надежду сдвинуть судно с места, а Кулибин, применив свой собственный новопридуманный метод, и здесь добился успеха.
Остаток жизни, начиная с 1801 года (умер в 1818 году), изобретатель прожил в родном городе, посвящая свои силы решению технических проблем, которые должны были облегчить землякам-волгарям труд на различных поприщах их деятельности.
Кулибин в тиши и полном уединении работал почти без отдыха; в голове его рождались мысли, одна оригинальнее и смелее другой.
Наблюдая изнурительный труд бурлаков, Кулибин задумал дерзкую для тогдашней техники мысль — заставить работать текущую силу речной воды. Он рассуждал примерно так: в водяной мельнице вода вращает колесо, колесо вращает вал, вал вращает жернова. Вместо последней работы вал может навивать канат и подтаскивать издали какой-нибудь предмет.
Изобретатель соорудил на речной плоскодонной барке механизм, напоминавший мельничный, — говоря упрощенно, поставил мельницу на барку. Сила течения, действуя на два боковых колеса, вращала вал с наматывающимся канатом, конец которого, снабженный якорем, завозился вперед, сажен на двести, и укреплялся наглухо. Судно двигалось против течения, подтягиваясь к якорю, со скоростью около версты в час. Выгода против бурлацкой тяги состояла в уменьшении количества людей, потребных для одного и того же количества груза, приблизительно вдвое. Первая проба «водохода» произошла в Нижнем 28 сентября 1804 года, при большом стечении людей.
Зрители дивились смекалке земляка, но мнения о новинке были, скорее, неблагоприятны. Бурлаков устрашила мысль о возможном в будущем недостатке работы, а судохозяевам отнюдь не улыбалась мысль о довольно большом расходе на «механизм».
Как бы то ни было, губернатор немедленно донес в столицу о «достигнутом при его попечении успехе в отечественном судостроении». Изобретателю выдали награду, а судно приобрели в казну. Однако пока в столице соответствующие ведомства «знакомились» с кулибинским проектом, «водоход», сданный на хранение городу, стоял в одном из пригородных затонов. Кончилось тем, что весенние ледоходы привели судно в негодный вид, в 1838 году оно было продано на слом, и о судне забыли.
Дожидаясь результата отзыва о «водоходе», Кулибин с присущим ему пылом отдался другому своему заветному проекту — устроить нижегородцам водопровод. О Нижнем справедливо говорили: «воды много, а попить нечего!» Расположенный у двух рек, город испытывал недостаток в питьевой воде, за которой жителям приходилось спускаться на берег и затем взбираться на сорокасаженную кручу. Колодцы в городе не обладали пригодной водой, а родников не хватало.
Кулибин задумал механическим путем поднять воду на гору. Для этой цели он работал над проектом большого колеса, которое, вращаясь «само собой», без помощи извне, приводило бы в движение систему насосов… Здесь гениальный самоучка, движимый благородным порывом принести пользу человечеству, впал в роковую ошибку. Он намеревался создать энергию «из ничего», т. е. осуществить невозможное в природе — «перпетуум мобиле» (вечное движение), занимавшее тогда умы некоторых ученых и изобретателей.
В лице Кулибина нижегородцы обрели подлинного русского самородка, неутомимого изобретателя и подвижника науки. К сожалению, правящая чиновничья Россия своевременно не разглядела в нем задатков истинного сына науки, и замыслы великого механика, хотя и не все, были реализованы уже позднейшими русскими техническими деятелями.