В 1938 году Гулаева призвали в РККА, при этом занятия в аэроклубе помогли ему в армии. Его отправили для дальнейшего обучения в Сталинградское авиационное училище, которое он успешно окончил в 1940 году. Великую Отечественную войну будущий летчик-ас встретил в составе авиации ПВО. Полк, в котором служил Гулаев, обеспечивал защиту промышленного объекта, расположенного далеко от линии фронта, поэтому его боевой дебют был отложен до августа 1942 года.

Первая звездочка на борту истребителя Гулаева появилась 3 августа 1942 года. Свой первый самолет он сбил в небе под Сталинградом. Уже первый его боевой вылет был необычным. Летчик, не имевший на тот момент времени допуска к совершению полетов в темное время суток, самовольно поднял свой истребитель в ночное небо, где сбил немецкий бомбардировщик Heinkel-111. В первом же бою в нестандартных для себя условиях и без помощи прожекторов он сбил вражеский самолет. За самовольный вылет молодого офицера «наградили» выговором, но также представили к награде, а затем повысили в звании.

Особенно отличился летчик-истребитель Николай Гулаев во время боев в районе Курской дуги возле Белгорода. Здесь произошло сразу несколько сверхудачных боев с его участием. В первой же схватке на этом направлении 14 мая 1943 года, отражая налет противника на аэродром Грушка, Гулаев в одиночку вступил в бой с тремя пикирующими бомбардировщиками Ju-87, которых прикрывали 4 истребителя Me-109. Советский ас приблизился к ведущему бомбардировщику на малой высоте и первой же очередью сбил его, стрелок второго бомбардировщика успел открыть огонь, но Гулаев сбил и его. После этого он пытался атаковать третий «Юнкерс», но у него закончились патроны, поэтому он решился на таран врага. Левым крылом своего истребителя «Як-1» Гулаев ударил по правой плоскости Ju-87, после чего тот рассыпался на части. От удара Як-1 вошел в штопор, летчику удалось вернуть машине управляемость у самой земли и посадить самолет возле переднего края в расположении нашей стрелковой дивизии. Прибыв в полк с вылета, в котором было сбито три бомбардировщика, Николай Гулаев вновь вылетел на боевое задание, но уже на другом самолете. За этот свой подвиг он был награжден орденом «Красного Знамени».