Acolo a obţinut diploma de inginer şi a început activitatea în domeniul producţiei de fontă. Imediat după Primul Război Mondial, la data de 3 august 1921, a înfiinţat la periferia Bucureştiului un atelier de fabricare de material rulant şi pentru reparat locomotive şi vagoane. În 1923, a început construcţia din temelii a unei uzine lângă Halta Titan, iar câţiva ani mai târziu, a încheiat un contract cu societatea Căilor Ferate Române pentru fabricarea unor locomotive de concepţie românească. Pentru obţinerea contractului s-a dovedit utilă o lege publicată în 1927, prin care se încuraja dezvoltarea industriei naţionale. În 1928, pe porţile fabricii a ieşit prima locomotivă cu abur care purta numele constructorului român.
Cel mai mare nivel al producţiei a fost realizat în 1935, când s-au fabricat 93 de locomotive, iar începând cu 1939, uzinele Malaxa au fost în măsură să construiască toate categoriile şi tipurile de locomotive. În paralel cu producţia de locomotive, Nicolae Malaxa a construit fabrica de ţevi din oţel fără sudură, aplicând pentru prima dată pe continent un procedeu american de laminare. În 1937-1938, în incinta fabricii de material rulant, industriaşul a construit fabrica de muniţii de artilerie şi armament. Nicolae Malaxa a fost un precursor al vremurilor sale, asigurându-le muncitorilor salarii printre cele mai bune din România, asistenţă socială şi medicală, echipamente de lucru şi masă la cantină. În 1945, a construit şi primul prototip al unui automobil marca Malaxa, a cărui evoluţie a fost întreruptă de regimul comunist. La sfârşitul anilor ’30, din concernul Malaxa făceau parte şi uzinele Faur, Republica, Tohan Zărneşti şi Magazinele Unite de Fierărie din Galaţi.
Gloria lui Malaxa nu este lipsită însă de controverse: istoricii susţin că s-a îmbogăţit datorită sprijinului acordat de guvern sub formă de credite şi comenzi de stat. Guvernul îi oferea capitalul, iar apoi cumpăra producţia solicitată, fiind ani în care 98% din producţie era livrată către stat, iar profiturile atingeau rate cuprinse între 300 şi 1.000%. Au existat zvonuri care spuneau că afacerea era puternic sprijinită de regele Carol al II-lea, către care s-ar fi întors o parte din profituri. După naţionalizare, regimul comunist l-a tolerat pe Malaxa, el devenind salariatul propriei uzine, unde a lucrat ca inginer până în 1948. În acest an, a plecat cu o delegaţie comercială la Vie-na şi nu s-a mai întors în ţară. A plecat apoi în SUA, unde a cerut cetăţenie, care nu i-a fost acordată din cauza renumelui că livrase material de război Germaniei şi îi finanţase pe legionari. Nicolae Malaxa a trăit astfel cu resursele băneşti pe care le avea în bănci până în 1965, când a murit în New Jersey.