Восемнадцати лет Кулибин впервые увидел у одного купца стенные часы с кукующей каждый час кукушкой. Он упросил купца дать ему часы на время, разобрал их, изучил механизм и попытался перочинным ножом вырезать все часовые детали из дерева и собрать из них собственные часы той же конструкции. Детали были изготовлены, и часы были собраны, но они не пошли, так как детали механизмов, вырезанные перочинным ножом, не обладали требуемой точностью.
Тогда молодой изобретатель начинает поиски инструментов, которыми можно было обеспечить необходимую точность изготовления часовых деталей. Случай помог ему в этом. Нижегородские купцы, зная Кулибина как грамотного человека, послали его в Москву по одному судебному делу. Попав в Москву, Кулибин жадно ищет часовые мастерские и долго простаивает у витрин, наблюдая за ходом часов.
На Никольской улице, в витрине часовщика Лобкова, он увидел знакомые ему часы с кукующей кукушкой. Он рассказывает Лобкову о своей страсти к часам. Лобков был отзывчивым человеком и позволил Кулибину бывать у себя. Кулибин знакомится у Лобкова с различными конструкциями часовых механизмов и изучает тайны часового ремесла.
Перед отъездом из Москвы Кулибин упрашивает Лобкова продать ему хотя бы изношенные инструменты. Лобков продает Кулибину поношенный лучковый токарный станок, сверла, зубила, отвертки и т. д. Со всеми этими инструментами Кулибин возвращается в Нижний и первым делом мастерит новый образец деревянных часов с кукушкой, «прорезая зубцы сбоку особливым образом». Часы эти пошли. По городу прошел слух о талантливом механике, и жители Нижнего стали обращаться к нему с просьбами произвести ремонт или исправление различных машинных устройств.
Кулибин решил тогда организовать часовую мастерскую. Он начал выпускать медные часы с кукушкой. Наиболее трудоемкой работой было изготовление зубчатых колес. Нарезка зубцов этих колес занимала слишком много времени, поэтому Кулибин стал отливать колеса из меди. Медные часы Кулибина получили широкое распространение среди нижегородских купцов.
Но любовь к технике заставляла изобретателя все время искать новых объектов для изучения, и, несмотря на выгоду, которую ему давала продажа медных часов, Кулибин бросает их производство и, предпочитая бедствовать, занимается починкой только сложных и любопытных часовых автоматов.
В это время ему было 28 лет. Отец его умер, и мучная торговля закрылась. Починка часов давала Кулибину возможность лишь скудного существования, так как часами обладала в Нижнем только знать и некоторая часть купечества, но и они предпочитали отдавать часы в починку столичным часовщикам.
Но вот однажды у губернатора испортились «часы с репетициями». Так назывались карманные часы, отбивающие четверти часа. В некоторых случаях они играли гаммы, а иногда даже и несложные музыкальные пьески. Кулибин, изучив механизм, отремонтировал губернаторские часы. Слава о замечательном механике распространилась теперь по всему Нижнему. Дворяне, помещики и купцы стали привозить к нему поломанные часы.
Мастерская Кулибина стала расширяться. Он пригласил к себе помощника и стал вместе с ним чинить часы любого сложного устройства. В свободное время Кулибин продолжает изучать математику и физику.
В 1764 году стало известно, что императрица Екатерина собирается посетить Нижний-Новгород. Кулибин решил к ее приезду построить диковинные репетичные часы новой конструкции. Для того чтобы изготовить такие часы, нужно было несколько лет работы, и, кроме того, требовались точные инструменты, золото для оправы и т. д. На всё это у Кулибина денег на было.
Помог изобретателю приятель его отца, богатый купец Костромин. Купец взял Кулибина, его семью и помощника на полное свое иждивение и выдал деньги на приобретение инструментов и материалов.
Работа над часами почти подходила к концу, когда неожиданно Кулибин прервал ее. Купец Извольский привез в Нижний для забавы телескоп, микроскоп и подзорную трубку. Кулибин выпросил их у Извольского, разобрал и решил сделать сам такие же приборы. Следует отметить, что в то время изготовление подобных приборов было производственной тайной мастеров. Поэтому Кулибину пришлось дойти до всего самому путем длительного и упорного эксперимента. Он подбирает нужные пропорции элементов для производства стекла, отливает стекло, изготовляет шлифовальные приспособления, опытным путем определяет фокусные расстояния и т. д.