Александр Иванович Путилов с декабря 1918 г. по приглашению Н. Е. Жуковского работал в ЦАГИ научным сотрудником. В 1922 г. А. И. Путилов был приглашен в ВВА РККА руководителем дипломного проектирования самолетов. В области подготовки новых кадров он проявил особые способности, проработав много лет со слушателями-дипломниками. Им был составлен пробный вариант раздела методического атласа проектирования самолетов. Атлас был одобрен бюро новой техники и коллегией редакторов Оборонгиза.

Принимал участие в создании первых самолетов А. Н. Туполева (от АНТ-2 до АНТ-6). В 1931 г. А. И. Путилов был назначен Главным конструктором нового самолетостроительного ОКБ по постройке самолетов из нержавеющей стали. В 1932 г. создал самолет «Сталь-2» из нержавеющей стали, в 1935 г. — самолет «Сталь-3», а в 1937 г. — самолет «Сталь-11».

В 1937 г. назначен Главным конструктором и Главным инженером дирижаблестроения. С 1939 по 1943 г. работал в ОКБ В. М. Петлякова, где активно участвовал в создании пикирующего бомбардировщика Пе-2.

С 1943 по 1951 г. занимался педагогической работой в академии.

В 1944 г. А. И. Путилов представил в ЦАГИ проект самолета с треугольным крылом для достижения сверхзвуковой скорости. С 1931 по 1951 г. А. И. Путиловым проведены разработки дирижабля с гладкой металлической оболочкой, самолета-«бесхвостки» «Сталь-5», авиетки «Авиатурист».

В 1955 г. перешел на конструкторскую работу в ОКБ А. Н. Туполева. С 1956 по 1970 г. были выполнены следующие работы: постройка межконтинентального самолета Ту-116, проектирование самолета Ту-114, проектирование и постройка на серийном заводе самолета Ту-126, проектирование, постройка и передача в серию учебного варианта самолета Ту-128, проектирование и постройка стенда средств спасения самолета ТУ-144.

Награжден орденами Ленина, Красной Звезды, орденом Отечественной войны 2 степени, орденом Трудового Красного Знамени и медалями.