В 1902—1919 годах проводил раскопки в Новгородской, Полтавской, Екатеринославской, Харьковской и других губерниях. В 1910 году работает вместе с Н. К. Рерихом и Б. К. Рерихом на раскопках Новгорода. Стал близким другом и сотрудником Н. К. Рериха.
В 1913 году Н. Е. Макаренко совершил экспедицию в Сольвычегодск. В 1914 году командирован Обществом поощрения художников в Германию, в 1917 г. — Академией наук в Турцию, где выполнял работу по описанию и охране памятников Трапезунда и окрестностей.
По материалам многочисленных экспедиций и исследований, совместно с любителем русской старины А. А. Жуковым, им был подготовлен труд «Путевые заметки и наброски о русском искусстве». Однако издан был только первый выпуск под названием «Белозерский край» (небольшим тиражом в 1914 году).
Печатался в журнале «Старые годы», преподавал на Высших женских архитектурных курсах, изучал художественное наследие Ломоносова и Шевченко.
В 1920—1925 годах работал директором музея Искусств ВУАН, открывшегося на основе уникального собрания Ханенко. Макаренко много сделал для его сохранения и исследования. В 1925 году протестовал против разрушения архитектурных памятников Киева. Именно благодаря принципиальной позиции Н. Макаренко Софийский собор избежал участи Михайловского.
Работал в Украинском институте книговедения — научно-исследовательском учреждении, существовавшем в Киеве в 1922—1936 гг. и созданном на базе Главной Книжной палаты. Основными темами исследований были совсем не изученная до тех пор история украинской прессы и книги, её искусство.
При переводе столицы Советской Украины из Харькова в Киев планировались грандиозные архитектурные изменения. Нужен был новый «правительственный советский центр», и для этого было решено снести Софийский собор, Михайловский монастырь, Трёхсвятительскую церковь. Впоследствии храм Софии решено было оставить, а на месте монастыря и Трёхсвятительской церкви построить два дворца: Совнаркома и ЦК КП, а между ними поставить огромный памятник Ленину. Такие планы взволновали часть граждан, и в первую очередь интеллигенцию. Профессор Макаренко решительно выступил против этих проектов. В своём обращении к Сталину он указывал на бессмысленность подобных решений.
Был арестован 26 апреля 1934 года по обвинению в принадлежности к контрреволюционной организации[3] (по другим свидетельствам — за отказ подписать акт о сносе Михайловского Златоверхого собора Михайловского Златоверхого монастыря[4][5], обратился с обширной телеграммой к Сталину и лично к Постышеву[6]), сослан на три года в Казань, где преподавал в художественном техникуме, был консультантом Центрального музея. Повторно арестован 24 апреля 1936 года по тому же обвинению, осуждён на три года и отправлен в Томскую исправительно-трудовую колонию № 2. В третий раз арестован 15 декабря 1937 года как «участник кадетско-монархической повстанческой организации»; 25 декабря 1937 года постановлением «тройки» УНКВД по Новосибирской области приговорён к «высшей мере наказания». Приговор приведён в исполнение в тюрьме 4 января1938 года. Место захоронения неизвестно.
Первый брак не сложился. Жена оставила его и сына Ореста. В 1927 г. во время археологических работ в знаменитом Густынском монастыре юноша утонул в реке Удай. Его могила сохранилась под трапезной монастыря, среди захоронений представителей именитого рода Репниных.
Вторая жена — Анастасия Сергеевна Фёдорова-Макаренко. Когда поженились Николай Емельянович и Анастасия Сергеевна, доподлинно не известно, но в 1931 году они уже работали вместе на Мариупольском могильнике. После высылки Николая Емельяновича в Казань Анастасия Сергеевна оставила киевскую квартиру в академическом доме на Левашевской улице и уехала к мужу. В Казани Анастасия Сергеевна устроилась на работу консультантом реставрационного отдела Казанского музея. После очередного ареста мужа Анастасия Сергеевна приложила все усилия, чтобы помочь Николаю Емельяновичу. Она направила письмо на имя Е. П. Пешковой, первой жены Максима Горького, которая работала в «Обществе помощи политзаключённым», которое тогда действовало в СССР как отдел Международного комитета Красного креста и Красного полумесяца. Она была убеждена, что её муж ни в чём не виноват. В апреле 1966 года 83-летняя Анастасия Сергеевна обратилась в Томское управление КГБ с просьбой пересмотреть дело Н. А. Макаренко. Получив справку о его реабилитации, она вскоре умерла.
Городище „Монастирище“ (укр.) // Науковий збірник за рік 1924. — Київ: Державне вид-во України, 1925. — С. 3—23. Архивировано 31 декабря 2019 года.
Орнаментація керамічних виробів в культурі городищ роменського типу (укр.) // Obzor praehistorický. — R. IV: Niederlův sborník. — Praha, 1925. — S. 323—338.
Скульптура й різбярство Київської Руси передмонгольських часів (укр.) // Київські збірники історії й археології, побуту й мистецтва. — Київ, 1931. — Т. I. — С. 27—96.
Малоазійська миска в Києві (укр.) // Київські збірники історії й археології, побуту й мистецтва. — Київ, 1931. — Т. I. — С. 97—110.
Кутаков С. С., Степанова Ю. В., Лагуткин А. В. Археологическая разведка Н. Е. Макаренко на Верхней Волге 1903 г.: итоги и современное состояние памятников эпохи средневековья // Культурное наследие русской провинции. — Тверь—Старица: Твер. гос. ун-т, 2019. — Вып. 2. — С. 6—12.
