Вслед за первым нефтепроводом по заказу Г. М. Лианозова Шухов и Бари строят следующий – длиной уже 11 вёрст (около 12 километров).

Работая на нефтяных промыслах в Баку, В. Г. Шухов разработал основы подъёма и перекачки нефтепродуктов, предложил метод подъёма нефти с помощью сжатого воздуха – эрлифт, разработал методику расчёта и технологию строительства цилиндрических стальных резервуаров для нефтехранилищ.

В 1880 году Бари создал свою фирму «Техническая контора инженера А. В. Бари» (позже «Строительная контора инженера А. В. Бари»), куда пригласил Шухова на должность главного конструктора и главного инженера.

Уже через полгода Шухов изобрёл форсунку, с помощью которой впервые в мире осуществил промышленное факельное сжигание мазута. Основы классической теории нефтепроводов, используемой и поныне, Шухов изложил в 1884 году в статье «Нефтепроводы».

Шухов примерно с 1885 года начал строить на Волге первые русские речные танкеры-баржи. Монтаж осуществлялся точно запланированными этапами с использованием стандартизированных секций на верфях в Царицыне и Саратове.

В. Г. Шухов и его помощник С. П. Гаврилов разработали промышленный процесс получения автомобильного бензина – непрерывно действующую трубчатую установку термического крекинга нефти (патент Российской империи № 12926 от 27 ноября 1891 года). Установка состояла из печи с трубчатыми змеевиковыми нагревателями, испарителя и ректификационных колонн.

В 1896 году Шухов изобрёл новый водотрубный паровой котёл в горизонтальном и вертикальном исполнении (патенты Российской империи № 15 434 и № 15 435 от 27 июня 1896 года). В 1900 году на Всемирной выставке в Париже за них Шухов получил золотую медаль. Котлы Бельвиля – Шухова были установлены на броненосцах «Князь Потемкин-Таврический», «Евстафий» и «Иоанн Златоуст».

В. Г. Шухов является изобретателем первых в мире гиперболоидных конструкций и металлических сетчатых оболочек строительных конструкций (патенты Российской империи № 1894, 1895, 1896). Для Всероссийской промышленной и художественной выставки 1896 года в Нижнем Новгороде В. Г. Шухов построил восемь павильонов с первыми в мире перекрытиями в виде сетчатых оболочек, первое в мире перекрытие в виде стальной мембраны (Ротонда Шухова) и первую в мире гиперболоидную башню удивительной красоты, которая была куплена после выставки меценатом Ю. С. Нечаевым-Мальцовым и перенесена в его имение Полибино (ныне – в Липецкой области; сохранилась до настоящего времени). Оболочка гиперболоида вращения стала совершенно новой, никогда ранее не применявшейся в архитектуре, формой. После Нижегородской выставки 1896 года В. Г. Шухов разработал многочисленные конструкции разнообразных сетчатых стальных оболочек и использовал их в сотнях сооружений: перекрытиях общественных зданий и промышленных объектов, водонапорных башнях, морских маяках, мачтах военных кораблей и опорах линий электропередач. 70-метровый сетчатый стальной Аджигольский маяк под Херсоном – самая высокая односекционная гиперболоидная конструкция В. Г. Шухова. Радиобашня на Шаболовке в Москве стала самой высокой из многосекционных шуховских башен (160 метров).

Шухов изобрёл также арочные конструкции покрытий с тросовыми затяжками. До нашего времени сохранились арочные стеклянные своды покрытий В. Г. Шухова над Фирсановским (Петровским) пассажем. В конце XIX века Шухов вместе со своими сотрудниками составил проект новой системы водоснабжения Москвы.

В 1897 году Шухов построил для металлургического завода в Выксе цех с пространственно изогнутыми сетчатыми парусообразными стальными оболочками перекрытий двоякой кривизны. Этот цех сохранился на Выксунском металлургическом заводе до наших дней. Это первое в мире сводообразное выпуклое перекрытие-оболочка двоякой кривизны.

С 1896 по 1930 год по проектам В. Г. Шухова было построено свыше 200 стальных сетчатых гиперболоидных башен. До наших дней сохранились не более 20.

В. Г. Шухов изобрёл новые конструкции пространственных плоских ферм и использовал их при проектировании покрытий Музея изящных искусств (ГМИИ им. Пушкина), Московского главного почтамта, Бахметьевского гаража и других многочисленных построек. В 1912–1917 годах В. Г. Шухов спроектировал перекрытия залов и дебаркадер Киевского вокзала (бывшего Брянского) в Москве и руководил их возведением (ширина пролёта – 48 м, высота – 30 м, длина – 230 м).

Во время Первой мировой войны В. Г. Шухов изобрёл несколько конструкций морских мин и платформ тяжёлых артиллерийских систем, проектировал батопорты морских доков.

С 1924 по 1927 год Щухов был председателем Комитета Госплана по нефтепроводам. В 1927 году избран членом ВЦИК. В 1928 году Владимир Григорьевич был избран членом-корреспондентом АН СССР, а в 1929 году – её почетным членом. В 1928 году избран членом Московского городского совета.

В. Г. Шухов – автор проектов первых российских магистральных трубопроводов: Баку – Батум длиной 883 км (1907 год), Грозный – Туапсе длиной 618 км (1928 год).

Сооружение в 1919–1922 годах башни для радиостанции на Шаболовке в Москве стало самой известной работой В. Г. Шухова. Башня представляет собой телескопическую конструкцию высотой 160 метров, состоящую из шести сетчатых гиперболоидных стальных секций. При строительстве радиобашни случилась авария, при подъёме четвёртой секции третья сломалась. Четвёртая упала и повредила вторую и первую. Хотя комиссия экспертов установила, что «проект безупречен – виной всему „усталость металла“ низкого качества», В. Г. Шухов был арестован, но через некоторое время освобождён. 19 марта 1922 года началась трансляция радиопередач, и В. Г. Шухов был помилован, дело прекращено.

Регулярные трансляции советского телевидения через передатчики Шуховской башни начались 10 марта 1939 года.

Сейчас Шуховская башня признана международными экспертами одним из высших достижений инженерного искусства. Международная научная конференция «Heritage at Risk. Сохранение архитектуры XX века и Всемирное наследие», прошедшая в апреле 2006 года в Москве с участием более 160 специалистов из 30 стран мира, в своей декларации назвала Шуховскую башню в числе семи архитектурных шедевров русского авангарда, рекомендованных к включению в список Всемирного наследия ЮНЕСКО.

В 1927–1929 годах В. Г. Шухов, принимая участие в реализации плана ГОЭЛРО, превзошёл свою раннюю башенную конструкцию, построив три пары сетчатых многоярусных гиперболоидных опор перехода через реку Оку ЛЭП НиГРЭС в районе города Дзержинска под Нижним Новгородом. Их высота была 20, 69 и 129 метров соответственно, длина перехода – 1800 метров.

Последним крупным достижением В. Г. Шухова в области строительной техники стала работа по восстановлению после землетрясения древнего медресе Улугбека в Самарканде в 1932 году. Совместно с архитектором М. Ф. Мауэром Шухов выпрямил «падающий» восточный минарет.

В возрасте 79 лет Шухов стал свидетелем осуществления разработанного им ещё в молодости проекта полной переработки нефти. В его присутствии в Баку в 1932 году был пущен в эксплуатацию завод «Советский крекинг». В первые недели его работы Шухов сам следил за ходом производства.