В ЦАГИ Иван Павлович поступает в экспериментально-аэродинамический отдел (ЭАО), руководитель которого, профессор Б.Н.Юрьев ( ученик Н.Е.Жуковского) создал специальную геликоптерную группу. Туда вошли молодые инженеры, чьи фамилии впоследствии составили золотой фонд отечественного вертолетостроения: И.П.Братухин, К.А.Бункин, А.М.Изаксон, А.М.Черемухин и другие.
Наш стажер сразу попадает в творческую атмосферу, способствующую поиску новых решений. Он стремится расширить свои познания, слушает лекции ведущих ученых ЦАГИ — профессоров В.В.Голубева, А.Н.Некрасова, Г.М.Мусиянца и Б.Н.Юрьева. Сам выступает в печати с научными статьями. В 1928 году Братухина вместе с другими студентами МВТУ направляют в трехмесячную зарубежную командировку на преддипломную практику — для ознакомления с конструкцией автожиров, методом их расчетов и результатами летных испытаний.
Геликоптерную группу ЦАГИ в 1928 году преобразуют в сектор особых конструкций (СОК), и там начинается проектирование первого отечественного геликоптера, получившего название ЦАГИ 1-ЭА (ЭА — экспериментальный аппарат). Он был выполнен по одновинтовой схеме с четырехлопастным несущим винтом и двумя ротативными поршневыми двигателями. Реактивный крутящий момент несущего винта уравновешивался с помощью четырех рулевых винтов, установленных попарно в носовой и хвостовой части форменного фюзеляжа. Постройкой аппарата руководил А.М.Черемухин (впоследствии известный ученый-прочнист), который совершил и все 88 полетов на этой необычной машине. Летчик настолько освоил управление геликоптером, что 14 августа 1932 года ему удалось достичь наибольшей высоты в 605 метров. Этот результат стал неофициальным мировым рекордом, не превзойденным еще долгие годы. Например, признанный рекорд высоты, установленный на итальянском вертолете «Асканио» в 1934 году, составлял лишь 18 метров.
Иван Павлович активно участвовал в проектировании отдельных агрегатов ЦАГИ 1-ЭА и в проведении экспериментальных работ. За выполнение теоретического исследования по определению сил, действующих на автомат перекоса, его отметили в 1932 году благодарностью и премией.