Профессиональная деятельность Бакулева связана с такими направлениями медицины, как хирургия почек, костная хирургия, хирургическое лечение язвенной болезни, хирургия сердца, опухоли средостения и лёгких. Герой Социалистического Труда. Лауреат Ленинской премии.
Первым в СССР произвёл операцию по поводу врождённого порока сердца в 1948 году.
Первым применил рентгеноконтрастные вещества в хирургии почек и при пересадке мочеточников.
Разработал хирургию почек, костную хирургию, хирургическое лечение язвенной болезни, изучал опухоли средостения и лёгких.
В годы Великой Отечественной войны внедрил метод активной обработки огнестрельных ран, активного удаления инородных тел, разработал методики проведения хирургического лечения при ранениях позвоночника и черепа с обнажением мозга.
«В сердце, как и моторе, есть зажигание, которое дает ритм, подхлестывает, заставляет работать сердце. Это так называемый синусовый узел. И вот если этот узел ослаб, то восстановить его нельзя никакими лекарствами. Есть только одна возможность: создать дополнительную искусственную систему зажигания.»
По предложению А. Н. Бакулева было принято решение «создать Всесоюзный научно-исследовательский институт торакальной хирургии с кардиологическим отделением». По распоряжению Совета Министров СССР в феврале 1956 г. был организован Научно-исследовательский институт грудной хирургии АМН СССР на базе факультетской хирургической клиники им. С. И. Спасокукоцкого 2-го Московского медицинского института, первым директором которого (до 1958 г.) был А.Н. Бакулев. В 1961 г. НИИ был реорганизован в Институт сердечно-сосудистой хирургии, впоследствии им. А. Н. Бакулева.
Александр Николаевич один из первых начал изучать патогенез внезапной остановки сердца и разработал метод восстановления его функции путем открытого массажа и искусственного дыхания. Клиника А. Н. Бакулева явилась пионером в разработке методов электростимуляции при поперечных блокадах сердца, ангиокардиографии, зондирования сердца, хирургического лечения коронарной недостаточности. Он впервые предложил оперировать больных с острым инфарктом в первые часы заболевания с целью предупреждения развития некроза. 
Всероссийский съезд хирургов (Саратов, 1961 г.).
В первом ряду сидят в центре академик А. Н. Бакулев, справа от него проф. И. М. Поповьян, слева член городского комитета КПСС Е. Г. Пылаев. Стоят ученики проф. И. М. Поповьяна: Т. А. Куницына, Н. В. чернышов, В. Н. Кошелев.
В успехах современной хирургии сердца и сосудов в нашей стране велика доля труда А. Н. Бакулева, который вместе с другими хирургами, в первую очередь П. А. Куприяновым, Б. В. Петровским, А. А. Вишневским, Н. М. Амосовым, заложил основу для широкого развития этого нового направления в медицине.
Источник: Попков В. М., Завьялов А. И. Академик Александр Николаевич бакулев (к 120-летию со дня рождения) // Саратовский научно-медицинский журнал. 2010. Т. 6, № 4. С. 870-874.
