Начальство постоянно заставляло его работать там, где было труднее всего, где дело не ладилось. Благодаря этому пришлось ему побывать на Барнаульском и Колыванском заводах, на Змеиногорском руднике, на Красноярской и Кабановской пристанях. И. И. Ползунову много приходилось ездить в командировки, проводить сплав руды, расплачиваться с возчиками руды, ремонтировать или строить суда, производить ревизии. Поиски горнового камня сменялись работами по заготовке теса для кровель. Земляные работы чередовались с руководством куренной операцией, то есть заготовкой дров и выжиганием из них угля для металлургических печей. Пришлось И. И. Ползунову даже отвозить транспорт золота и серебра в далекий Петербург.
Везде и всегда И. И. Ползунов стремился изыскивать самые лучшие решения порученных ему дел, для чего многое изобретал. Ему принадлежит заслуга создания в Змеиногорске в 1754 году одной из первых, если не первой в России, установки, в которой вода, приводящая в движение колеса, подается по особому каналу на большое расстояние от плотины.
Немало пришлось ему встречаться с выдающимися людьми как на Алтае и на Урале, так и особенно при поездке в Петербург в 1758 году. Вполне вероятно, что тогда могла состояться встреча И. И. Ползунова с М. В. Ломоносовым.
В апреле 1763 года И. И. Ползунов подал начальнику Колывано — Воскресенских заводов Порошину предложение о постройке изобретенной им «огнедействующей» машины для заводских нужд. Проект машины был основан на достижениях науки и техники того времени. Особенно помогли ему труды М. В. Ломоносова, использованные для обоснования проекта машины. Не ограничиваясь теоретическим изучением, И. И. Ползунов провел много опытов, исследовал воду и пар, взвешивал воздух, отлично разобрался в тепловых вопросах.
В то время на всех предприятиях господствовал ручной труд. Только в отдельных случаях для вспомогательных трудоемких работ применялись громоздкие машины, основная часть деталей которых была из дерева и только некоторые из металла. То был век ручного труда и немногих нехитрых механизмов, буквально срубленных топором, подобно тому как «рубят избу». Основными строителями машин того времени были «плотинные» мастера и подчиненные им плотники. Они сооружали и устанавливали машины при помощи своих обычных инструментов, используя лишь ограниченное число металлических частей, поставляемых им кузнецами.
Наиболее распространенными машинами были воздуходувные меха для металлургических печей и молоты для ковки металлов. Самым совершенным двигателем было водяное колесо, основным орудием при изготовлении которого опять?таки служил топор. Применение водяных колес, без которых была невозможной работа заводских металлургических печей и молотов, привязывало заводы к определенным местам, очень часто невыгодным из?за удаленности от рудников и лесов, доставляющих руды и горючее. Воды в заводских прудах часто не хватало. Колеса останавливались, а вместе с ними останавливался и завод. Во времена же паводков масса воды сбрасывалась впустую, стремительное половодье разрушало плотины.
Царству ручных орудий и немудреных машин И. И. Ползунов решил противопоставить небывалую машину. «Водяное руководство пресечь», — было призывом И. И. Ползунова. Создать машину, способную «по воле нашей, что будет потребно, исправлять», — вот задача, поставленная им. «Я должен, — писал И. И. Ползунов, — все возможные труды и силы на то устремить, коим бы образом огонь слугою к машинам склонить».
По принципу действия «огнедействующая» машина И. И. Ползунова относилась к особому типу паровых машин — к так называемым пароатмосферным машинам. Устанавливая два цилиндра, он обеспечил возможность удобного получения в такой машине непрерывно развиваемой полезной работы.
Так был изобретен первый тепловой двигатель для заводских нужд, который легко можно было приспособить для привода разнообразных машин. Этот двигатель можно было сооружать в любом месте, и притом такой мощности, какая была необходима.
За 21 год до англичанина Уатта, признанного всеми изобретателем первого двигателя, русский теплотехник И. И. Ползунов в 1763 году изобрел «огнедействующую» машину как новый двигатель для всеобщего применения в производстве.
Постройка машины была связана с огромными затруднениями. И. И. Ползунов настаивал на сооружении сначала небольшой, опытной теплосиловой установки. Он хотел обеспечить изучение новой техники, подготовку мастеров для строительства крупных установок.
Однако И. И. Ползунова заставили сразу приступить к постройке машины «большим корпусом». Выполнив проект такой машины в кратчайший срок, он вынужден был начать в Барнауле ее постройку не только без грамотных помощников, но даже почти без участия опытных рабочих. Он просил для работы девятнадцать рабочих и трех учеников, а ему дали четырех учеников и двух отставных мастеров. Даже необходимого инструмента для работы не было. Все приходилось делать самому.
В марте 1764 года И. И. Ползунов подал первые требования на людей и материалы. К 20 мая 1765 года уже было готово сто десять частей машины, не считая парового котла. Отдельные части весили до ста семидесяти пудов. Каждая из этих частей, по словам строителя, «требовала для пропорционального сбора машинную на водяных колесах, по обстоятельствам токарную работу». Для такой работы им были созданы особые станки. Вот почему И. И. Ползунов был первооткрывателем не только в области теплотехники, но и в машиностроении.