25 марта 1952 года Нил вернулся в Штаты вместе со своими товарищами по кораблю и провел следующие пять месяцев на побережье Южной Калифорнии, перегоняя самолеты с военно-морской базы Сан-Диего в эскадрилью транспортной авиации 32 и обратно. Армстронг ушел из ВМС 23 августа 1952 года. В тот же месяц ему исполнилось двадцать два года. Во время последнего полета над заливом Сан-Франциско он на своем самолете без разрешения промчался
После окончания Пердью в январе 1955 года у Армстронга было несколько хороших вариантов трудоустройства. Он мог остаться в военно-морских силах. Ему предложили работу после собеседований в гражданских авиакомпаниях Trans-World Airlines (TWA) и Douglas Aircraft Company. Также некоторое время Нил рассматривал возможность постдипломного обучения по авиационному машиностроению. Если бы он начал работать в Douglas Aircraft Company или у ее конкурентов, он мог бы стать заводским летчиком-испытателем. Тогда Нил совершал бы испытательные полеты на каждом новом летательном аппарате определенного типа, сошедшем с конвейера предприятия.
Но Нил выбрал карьеру летчика-испытателя, участвующего в экспериментах. Такие пилоты, как заявляло созданное в 1955 году Общество летчиков-испытателей, участвующих в экспериментах, должны были «способствовать созданию летательных аппаратов высшего качества». Больше всего Армстронга интересовало место летчика-исследователя. Особая группа экспериментальных испытателей, летчики-исследователи стремились продвигать вперед науку и технику полетов, находясь на переднем краю знаний. Такие места существовали в основном либо в частных исследовательских организациях, либо в правительственных, среди которых самым известным был Национальный консультативный совет по аэронавтике (NACA). С детства Армстронг постоянно следил за результатами работы NACA по публикациям в
Армстронг принял предложение лаборатории Льюиса. Его не беспокоило, что работа будет держать его в Огайо, потому что к тому времени Нил серьезно раздумывал о женитьбе на своей возлюбленной Дженет Шерон, которая и сама была со Среднего Запада, из пригорода Чикаго. С ней они познакомились в колледже, где она изучала домашнюю экономику.
Первоначально Армстронг был приписан к отделу двигательных установок автономного полета. Официально его должность называлась «авиационный пилот-исследователь», и он отвечал за «пилотирование летательных аппаратов как в исследовательских проектах, так и в качестве транспортного средства и за инженерные работы в отделе автономного полета боевых ракет». Его первый испытательный полет в лаборатории Льюиса состоялся 1 марта 1955 года. Для гражданских служб NACA именовало Армстронга «научным сотрудником». Тем не менее, как и у большинства служащих в NACA, его работа была нужна для выполнения официально объявленной миссии организации: «научное изучение проблемы полета с поиском ее практических решений».