После войны активно участвовал в создании МиГ-9 - первого советского реактивного истребителя. В 50-х годах под его практическим руководством были созданы семейства истребителей-перехватчиков (И-7К, И-75, И-75Ф и Е-150) для первых автоматизированных систем ПВО «Ураган-1», «Ураган-5», ракета «воздух - воздух» средней дальности.

В 1957 году Николая Захаровича назначили главным конструктором Опытно-конструкторского бюро №155 - «ОКБ имени А.И. Микояна».

В конце 1950-х годов возглавил работы по созданию самолёта МиГ-25. В 1968-1971 годах были закончены основные этапы создания этого уникального самолёта, и его приняли на вооружение не только в СССР, но и многие годы он являлся основой ВВС многих зарубежных стран.

В середине 70-х годов Николай Захарович возглавлял создание самолёта с кардинально новыми лётно-техническими характеристиками.

В 1990-х годах - главный конструктор государственного унитарного предприятия «Российская самолётостроительная корпорация «МиГ»». В эти годы Н.З. Матюк руководил работами по созданию многоцелевого транспортного самолета МиГ-110. Работал в конструкторском бюро до последних дней. На рубеже XX и XXI столетий он был единственным действующим главным конструктором из первого поколения авиаконструкторов.

Награжден двумя Сталинскими премиями, Государственной премией СССР, медалью «Серп и Молот» Героя Социалистического Труда, тремя орденами Ленина, Ленинской премией, орденом Октябрьской Революции, тремя орденами Трудового Красного Знамени, орденом Красной Звезды, орденом «За заслуги перед Отечеством» III степени, медалями.