2001年，37歲的吳希明挑起了中國直升機設計研究所總設計師的重任。以他為首的總師係統與所行政指揮係統密切配合，統籌規劃，科學管理，靠前指揮，極大地提升了科研工作效率。在帶領科技人員爭分奪秒拚命幹的同時，吳希明十分注重遵循科學規律，不斷推進技術創新和管理創新，充分發揮從事多個型號研製積累的人才和技術優勢，采用新技術、新材料、新工藝，攻克了一個個技術難題，化解了一個個技術風險。由於采用當代最先進的設計手段和設計軟件，中國直升機設計研究所采用數字化設計手段，史無前例地在一年時間內完成工程設計發圖，為工程製造鋪平了道路。通過該型號的研製，將我國直升機研製水平向前推進了20年！
作為總設計師，吳希明總是站在全局的戰略高度思考問題，堅定地貫徹總體戰略意圖，充分發揚技術民主，集思廣益，科學決策，統籌兼顧。在優質高效地完成多項重點工程研製任務的同時，直8、直9、直11係列直升機改進改型齊頭並進，捷報頻傳，呈現了多用途、多用戶的大發展格局。直升機發展形成了“探索一代、預研一代、研製一代、生產一代”的合理格局和“一機多型、係列發展、軍民互動”的良好態勢。研究所配合生產廠家向部隊和用戶交付了數百架各種用途的直升機，為國防和國民經濟建設做出了重大貢獻。通過重點型號的自主創新，攻克了總體氣動設計、任務係統關鍵設備以及大型複合材料旋翼係統研製等一係列直升機關鍵技術，軍民用直升機的設計水平達到世界第三代先進直升機技術水平。近10年來，中國直升機設計研究所先後獲得國家級科學技術進步獎4項，省部級科學技術進步成果獎80多項。
在引領直升機產業發展的同時，吳希明帶領他的技術團隊，在振興航天事業中也有所作為。該所研製的航天員訓練設備和航天座椅，擁有完全自主知識產權，達到國際先進水平，榮獲“中國載人航天工程突出貢獻集體”稱號。
麵對前所未有的直升機發展機遇，麵對迅猛發展的直升機市場需求，吳希明和他的總設計師團隊，製訂了國家“2030年直升機型號發展規劃”和“2030年直升機技術發展規劃”，成為加速我國直升機產業科學發展的綱領和指南。
作為總設計師，吳希明高度重視人才隊伍和專業能力建設，經過長期不懈的努力，一支專業理論功底紮實、工程實踐經驗豐富的新一代總設計師群體和一支“結構合理、專業配套、素質優良”的專業技術帶頭人隊伍已經形成，已經擔負起直升機事業繼往開來、跨越發展的曆史重任。