Ученый-энергетик, Дважды Герой Социалистического Труда (1949, 1984), Академик АН СССР (1962), Директор НИИхиммаш, затем НИИ-8.
Главный конструктор реактора первой в мире атомной электростанции - Обнинской АЭС.
Удостоен Государственных премий СССР (1949, 1952, 1953, 1970, 1976) и Ленинской премии (1957).
В мае 1950 года вышло постановление Правительства страны о начале работ по строительству первой АЭС.
К сооружению был принят проект уран-графитового реактора канального типа с трубчатыми тепловыделяющими элементами (ТВЭЛами) с теплосъёмом некипящей воды под давлением 100 атмосфер. Реактор был разработан в НИИхиммаш под руководством Н.А.Доллежаля. При выборе типа реактора учитывался опыт, который был накоплен при создании и эксплуатации промышленных реакторов, производивших оружейный плутоний.
Строительство здания АЭС началось в 1952 году на месте бывшей деревни Пяткино. Незадолго перед пуском реактора, в феврале 1954 года в ФЭИ был сооружён реактор нулевой мощности («критический стенд»). Он был собран в одной из лабораторных комнат, расположенных на первом этаже главного корпуса ФЭИ. На этом стенде 3 марта 1954 года впервые в ФЭИ (и на территории Калужской области) была осуществлена самоподдерживающаяся цепная реакция деления урана.
Реактор Первой АЭС имеет вид цилиндра, сложенного из отдельных графитовых блоков. В реактор вставляются 128 технологических каналов, в каждом из которых по 4 тепловыделяющих элемента – ТВЭЛа. ТВЭЛ состоит из трубок, в зазоре между которыми расположено топливо – уран-235, а внутри циркулирует и нагревается вода под давлением 100 атмосфер. Тепловая мощность станции – 30 МВт, энергетическая - 5МВт. Мощность небольшая, так как реактор Первой АЭС – экспериментальный.
26 июня 1954 года впервые в мире на АЭС был осуществлён энергетический пуск. Начальник объекта «В» Дмитрий Блохинцев записал в оперативном журнале: «17 часов 45 минут. Пар подан на турбину». Академики Курчатов и Александров поздравили всех участников исторического события по-русски: «С лёгким паром!». На следующий день, 27 июня, станция была подключена к энергосистеме СССР.
К октябрю 1954 года станция была выведена на проектные параметры. Электричество, выработанное первой в мире атомной электростанцией, пошло внешним потребителям — в сеть Мосэнерго. За участие в разработке, пуске и освоении станции Д. И. Блохинцеву, Н. А. Доллежалю, А. К. Красину и В. А. Малых была присуждена Ленинская премия. Большая группа разработчиков и эксплуатационников была награждена орденами и медалями СССР