После окончания Юридического института в 1951 г. Н. А. Беляева приглашают в аспирантуру этого же института. В мае 1954 г. он успешно защищает кандидатскую диссертацию на тему: «О преступлениях против социалистической системы хозяйства по современному уголовному праву» и приступает к педагогической работе на кафедре уголовного права Юридического института в качестве ассистента.
В 1954 г. Юридический институт им. М. И. Калинина был объединен с юридическим факультетом Ленинградского государственного университета, и Н. А. Беляев становится ассистентом кафедры уголовного права. Здесь он проходит практически все ступени университетско-преподавательской деятельности: с 1961 по 1964 г. является заместителем декана юридического факультета по научной работе, в 1964 г. после защиты докторской диссертации избирается профессором и заведующим кафедрой уголовного права, а с 1968 по 1973 г. – проректором Ленинградского государственного университета по учебной работе.
Все более обширным становится и круг его научных интересов. В последовавших за кандидатской диссертацией исследованиях Н. А. Беляев не замыкается в рамках Особенной части уголовного права. Его все более привлекают проблемы исправительно-трудового права, Общей части уголовного права, а вслед за тем и более глобальные проблемы уголовной политики.
Итогом стало опубликование свыше 100 научных работ. В их числе три крупных монографии: «Предмет советского исправительно-трудового права» (1960 г.), «Цели наказания и средства их достижения в исправительно-трудовых учреждениях» (1963 г.), «Уголовно-правовая политика и пути ее реализации» (1986 г.). Кроме того, с авторским участием Н. А. Беляева и под его редакцией было подготовлено более 20 учебников, учебных пособий и монографий по уголовному и уголовно-исполнительному праву, а также криминологии. Среди них прежде всего следует отметить 5-томный ленинградский «Курс советского уголовного права» (1968–1981 гг.), на протяжении десятилетий остававшийся в СССР (наряду с аналогичным курсом Института государства и права АН СССР) самым фундаментальным научно-учебным изданием, и кафедральную монографию «Уголовное право на современном этапе: Проблемы преступления и наказания» (1992 г.), получившую диплом 2-й степени в университетском конкурсе научных работ.