После окончания авиационного техникума Николай Михайлович Лысенко работал на авиационном заводе контрольным мастером и заместителем начальника цеха. В 1939 г. поступил в ВВИА им. проф. Н. Е. Жуковского, по окончании которой поступил в адъюнктуру, успешно защитил кандидатскую диссертацию и был назначен преподавателем кафедры «Динамика полета».

В 1966 г. назначен старшим преподавателем созданной в академии новой кафедры «Системы управления летательных аппаратов и инженерное обеспечение безопасности полетов». Является одним из разработчиков общей теории безопасности полетов, понятийного аппарата, критериев и методов количественной оценки уровня безопасности полетов. Под его руководством были проведены теоретические исследования и летные эксперименты по оценке влияния на безопасность полетов характеристик замкнутого контура «летчик — система управления — самолет», получены модели действий летчика при отказах авиационной техники и частные методики оценки степени опасности отказов. Участвовал в расследовании наиболее сложных авиационных происшествий, выявлении и устранении опасных недостатков авиационной техники.

В 1973 г. впервые прочитал разработанную на кафедре новую учебную дисциплину «Безопасность полетов». Защитил первую в СССР докторскую диссертацию в области безопасности полетов.

Является автором более 80 научных работ, включая 12 учебников для слушателей и курсантов академии и других военных вузов.

Подготовил более 30 кандидатов и 4 докторов технических наук.

Награжден 3 орденами и 13 медалями СССР и РФ.