вакансий, и его заявление передали в другие исследовательские центры, связанные с базой Эдвардс. Инженер из Лаборатории реактивных полетов NACA имени Льюиса, расположенной в Кливленде, штат Огайо, по имени Ирвинг Пинкель «спрашивал, может ли он приехать и поговорить со мной». Пинкель возглавлял в Льюисе отделение физики. Его брат Бенджамин отвечал за исследования в области термодинамики. Осенью 1954 года братья провели с Нилом собеседование. Пинкель не мог предложить Армстронгу много денег, но зато пообещал ему массу волнений и личного удовлетворения как неотъемлемую часть мира исследований в области аэронавтики.
Армстронг принял предложение лаборатории Льюиса. Его не беспокоило, что работа будет держать его в Огайо, потому что к тому времени Нил серьезно раздумывал о женитьбе на своей возлюбленной Дженет Шерон, которая и сама была со Среднего Запада, из пригорода Чикаго. С ней они познакомились в колледже, где она изучала домашнюю экономику.
Первоначально Армстронг был приписан к отделу двигательных установок автономного полета. Официально его должность называлась «авиационный пилот-исследователь», и он отвечал за «пилотирование летательных аппаратов как в исследовательских проектах, так и в качестве транспортного средства и за инженерные работы в отделе автономного полета боевых ракет». Его первый испытательный полет в лаборатории Льюиса состоялся 1 марта 1955 года. Для гражданских служб NACA именовало Армстронга «научным сотрудником». Тем не менее, как и у большинства служащих в NACA, его работа была нужна для выполнения официально объявленной миссии организации: «научное изучение проблемы полета с поиском ее практических решений».
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.