Главным летчиком-испытателем в Льюисе был Уильям Гоф – младший с позывным «Эб». Как и Армстронг, Эб Гоф получил диплом инженера и стал военно-морским летчиком, сражался с японскими «Зеро» во время Второй мировой войны, где дослужился до звания лейтенант-коммандера. После войны Гоф стал летчиком-испытателем в NACA. Старший Брат Эба Мелвин Гоф был главой отделения исследования полетов NACA в Лэнгли, и под его началом находились шесть талантливых «гибридов» инженера и пилота, в том числе Джон (Джек) Ридер, Роберт Чампин, Джон Эллиот, Джон Харпер и Джеймс Уиттен. До конца своих дней Нил вспоминал Ридера как «лучшего летчика-испытателя, которого я когда-либо знал».

Когда в феврале 1955 года Армстронг стал работать в NACA, большинство летчиков-испытателей в агентстве имели инженерную подготовку. Большая часть испытательных полетов NACA проходила в Лэнгли, на Летно-исследовательской станции высоких скоростей NACA на авиабазе ВВС Эдвардс или в Лаборатории аэронавтики имени Эймса в Северной Калифорнии, неподалеку от Сан-Франциско. В Льюисе Армстронг был одним из всего лишь четырех летчиков-испытателей вместе с Эбом Гофом, Уильямом Суоном и Джозефом Олгранти, будущим начальником отдела авиационных операций в Центре пилотируемых космических полетов в Хьюстоне.

Армстронг оставался в Льюисе менее пяти месяцев. Он занимался исследованием новых противообледенительных систем для летательных аппаратов. Также здесь началась его первая связанная с космосом программа полетов, направленная на изучение отвода тепла при больших значениях числа Маха. Во время первых испытаний различные запускаемые в воздухе с самолетов модели достигали скорости примерно в 1,8 Маха при снижении. 17 марта 1953 года ракета Т40, запущенная с самолета летчиком-испытателем Льюиса, достигла гиперзвуковой скорости в 5,18 Маха: это был первый случай, «когда NACA успешно запустило контрольно-измерительный летательный аппарат со скоростью более 5 Махов». 6 мая 1955 года Олгранти и Армстронг проводили сорок пятое испытание в серии. Пилоты подняли свой North American P-82 Twin Mustang с поля Испытательного центра беспилотных летательных аппаратов на острове Уоллопс, неподалеку от восточного побережья Виргинии, и повели над Атлантическим океаном. К брюху Р-82 была прикреплена твердотопливная ракета с обозначением ERM-5. Имеющая традиционную баллистическую форму с острым носом, тонким корпусом и хвостовыми стабилизаторами ERM-5 была оборудована ракетным двигателем T-40RKT, разработанным в Лаборатории реактивного движения в Пасадене. На оптимальной высоте Олгранти запустил модель. ERM-5 достигла сверхзвуковой скорости в 5,02 Маха и ускорения в 34 g.

Армстронг «анализировал большое количество данных, проектировал компоненты для более совершенных версий ракет, делал расчеты и чертежи для них». Активная работа летчика-испытателя и инженера, которая поощрялась NACA – а позднее его организацией-наследником NASA, – идеально подходила Армстронгу. Нил всегда ощущал, что, хотя работа в NACA оказалась самой низкооплачиваемой из всех, какие ему предлагали по окончании колледжа, «это было правильное место».

«Единственной продукцией, которую производило NACA, были доклады и бумаги, посвященные исследованиям, – рассказывал Нил. – Поэтому, когда ты что-то готовил к публикации, ты сталкивался с технической и грамматической “инквизицией”… Система была очень педантичной и очень требовательной».

Последний испытательный полет Нила в Кливленде пришелся на 30 июня 1955 года. Примерно неделей ранее ему позвонил Эйб Сильверстайн, заместитель директора Льюиса. «Я пришел в его кабинет, – вспоминал Нил, – и он сказал, что получил письмо с авиабазы Эдвардс, и спросил, не хочу ли я туда перевестись». Работа в Кливленде была интересной, но авиабаза Эдвардс для летчиков-испытателей напоминала Шангри-Ла