ביולי 1918, יצר נובילה שותפות גם המהנדסים ג'וזפה ואלה, בנדטו קרוצ'ה וצ'לסטינו אוזואלי, שנקראה מפעל הבנייה האווירונאוטי. במהלך תקופה זו גם הרצה באוניברסיטת נאפולי, הוציא רישיון לטייס מבחן וכתב את ספר הלימוד "Elementi di Aerodinamica" ("יסודות הארודינמיקה"). הוא השתכנע, שספינות אוויר קשיחות למחצה, בגודל בינוני, עולות על דגמים של ספינות אוויר קשיחות ושאינן קשיחות. המיזם הראשון של החברה היה "רומא", ספינת אוויר מדגם T-34, שתוכננה לטיסה טראנס-אטלנטית. כשספינת האוויר הבריטית R-34 חצתה את האוקיינוס האטלנטי בשנת 1919, מכרו נובילה ושותפיו את ה-T-34 לצבא איטליה. בהמשך רכש צבא ארצות הברית את הספינה וגייס אותה לפעילות בשם "רומא". ה"רומא" התרסקה לבסוף בלאנגלי, וירג'יניה בשנת 1922 כשנתקלה בכבלי מתח גבוה. בתאונה נהרגו 34 איש.
באותה שנה, אל מול אי-יציבות פוליטית ואיומים להלאים את החברה, נסע נובילה לארצות הברית לעבוד שם כיועץ לחברת גודייר, יצרנית צמיגים וגומי באקרון, אוהיו. הוא חזר לאיטליה ב-1923 והחל לבנות ספינת אוויר חדשה, ה-N-1. נוסף לכך, לפי הביוגרפיה שלו ולמאמרים רבים מספור, נלכד נובילה ברשת של תככים פוליטיים ומקצועיים עם מתחרים ומוציאי דיבה. מתנגדיו העיקריים היו, כפי הנראה, גנרל גטאנו ארטורו קרוקו, יצרו ספינות אוויר מתחרה, וגנרל איטלו באלבו, ראש המטה הכללי של חיל האוויר, שביקש לפתח את צי האוויר האיטלקי בספינה כבדה מן האוויר, ולא בספינות האוויר שנובילה עיצב.
משלחות לקוטב.
"נורגה".
בסתיו 1925 פנה חוקר הארצות הנורווגי רואלד אמונדסן אל נובילה והציע לו לצאת עמו לטיסה אל הקוטב הצפוני - שבזמן ההוא היה עדיין בבחינת יעד בלתי מושג לטייסים - בספינת אוויר. אמונדסן הגיע בטיסה קודמת, באביב 1925, למרחק 280 ק"מ מן הקוטב הצפוני, בצמד "סירות מעופפות" "דורנייה ואל" מתוצרת איטליה, יחד עם המיליונר ההרפתקן לינקולן אלזוורת' והטייס היאלמר רייסר-לארסן, אבל מטוסיהם נאלצו לנחות סמוך ל-88° צפון וששת האנשים היו לכודים בקרח למשך 30 יום.
יצרני ספינות האוויר האיטלקים, שבנו את N-1 של נובילה, השלימו את בנייתו ומסרו אותו למשלחת ב-29 במרץ 1926. אמונדסן פסק בחוזה שנובילה יהיה הטייס וכי חמישה מאנשי הצוות יהיו איטלקים, זאת בהתאם לדרישות שממשלת איטליה הציבה למתן תנאי מיקוח נוחים. אמונדסן קרא לספינת האוויר "נורגה" ("נורווגיה"). ב-14 באפריל יצאה ספינת האוויר מאיטליה אל לנינגרד שבברית המועצות תוך חניות בבסיס הצי בפולהאם, אנגליה ובאוסלו, בדרכה אל נקודת הזינוק שלה לאזור הארקטי בסוולבארד, השייכת לנורווגיה.
ב-29 באפריל גילה אמונדסן למגינת לבו, שגם משלחתו של ריצ'רד בירד האמריקאי שמה לה למטרה את הקוטב הצפוני. ב-9 במאי, אחרי שבירד ופלויד בנט יצאו לדרכם במטוס פוקר F-VII וחזרו כעבור 16 שעות בטענה לטיסה מעל הקוטב, היה אמונדסן בין הראשונים לברך אותם. צוות ה"נורגה" נלחץ לצאת לטיסה. טייס המשנה של בירד, פלויד בנט, הודה לאחר מכן, על פי השמועה, שהוא ובירד זייפו את טיסתם אל הקוטב.
ב-11 במאי 1926 המריאה ה"נורגה" מסוולבארד. חמש-עשרה שעות ומחצית השעה אחר כך טסה ספינת האוויר מעל הקוטב ונחתה כעבור יומיים בטלר, אלסקה; רוחות חזקות מנעו את נחיתתם המתכוננת בנום, אלסקה. במבט לאחור, אנשי ה"נורגה" השיגו את מטרתם להיות הראשונים לטוס מעל הקוטב: בטיסה של בירד ב-9 במאי, שהוכתרה במשך עשרות שנים כטיסה הראשונה מעל הקוטב, הוטל מאז ספק מצד כמה גורמים אמינים, שכללו את גילוי יומן הטיסה של בירד, שהראה כי נתוני הניווט בדין וחשבון הרשמי שלו זויפו.
טיסת ה"נורגה" מ"רומא לנום" צוינה לשבח כעוד ציון דרך חשוב בתולדות הטיסה, אבל עד מהרה התגלעו חילוקי דעות בין נובילה (מעצב וטייס) לאמונדסן (מנהיג המשלחת, צופה ונוסע) בטיסה, בשאלה מי מהם ראוי להכרה גדולה יותר על המשלחת. ממשלתו של מוסוליני תרמה להחרפת המחלוקת, כשהעלתה על נס את גאוניות ההנדסה האיטלקית ושלחה את נובילה למסע הרצאות בארצות הברית, ובכך התכחשה עוד יותר לאמונדסן ולנורווגים.
"איטליה".
על אף חילוקי הדעות, המשיך נובילה לקיים יחסים טובים עם מדעני קוטב אחרים, והחל לתכנן משלחת חדשה, הפעם בשליטה איטלקית מלאה. החברה של נובילה הצליחה למכור את ספינת האוויר N-3 ליפן; עם זאת, היחסים בין נובילה למתחריו בממשלה הפשיסטית היו עוינים, והוא וצוותו סבלו מאיומים והטלת מורא. בכל זאת, הפופולריות שנובילה נהנה ממנה בקרב הציבור הגנה עליו לזמן מה מהתקפה ישירה. כשיצאה הודעה על התוכניות למשלחת הבאה שלו, אמר איטלו באלבו, על פי השמועה, "שילך, הרי אין סיכוי שהוא יחזור וימשיך להטריד אותנו."
ספינת האוויר "איטליה", הזהה כמעט ל"נורגה", הושלמה באיטיות וצוידה לטיסה אל הקוטב במהלך 8–1927. חלק מן הקושי היה בגיוס מימון פרטי לכיסוי עלויות המשלחת, שלקחה עליה לבסוף עיריית מילאנו; הממשלה האיטלקית הגבילה את השתתפותה הישירה למתן ספינת האוויר ושליחת אוניית הקיטור הישנה "צ'יטה די מילאנו" כאוניית חילוץ וסיוע אל סוולבארד, בפיקודו של ג'וזפה רומניה.
הפעם השתמשה ספינת האוויר בהאנגר גרמני בשְטוֹלְפּ בדרכה אל מגדל העגינה לספינות אוויר בצפון נורווגיה. ב-23 במאי 1928, לאחר טיסה יוצאת דופן בת 69 שעות אל קבוצת האיים הסיבירית בים הארקטי, חידשה "איטליה" את טיסתה אל הקוטב הצפוני עם נובילה בתפקיד טייס ומנהיג המשלחת כאחד. ב-24 במאי הגיעה הספינה אל הקוטב וכבר פנתה לחזור לסוולבארד כשנתקלה בסערה. ב-25 במאי התנפצה "איטליה" אל קרח הים הדחוס במרחק פחות מ-30 ק"מ צפונית לנוֹרְדָאוּסְטְלַנְדֶט (בחלקה המזרחי של סוולבארד). מבין 16 האנשים שבצוות, עשרה הושלכו אל הקרח כשהגונדולה התרסקה; יתר השישה נלכדו במבנה המצוף העילי, כשזה נסק מעלה בגלל אובדן הגונדולה; גורל השישה לא נודע מעולם. אחד מעשרת האנשים שעל הקרח, פּוֹמֵיָה, נהרג בהתנגשות; נובילה סבל משברים בזרוע, ברגל ובצלע ומחבלת ראש; צֶ'צְ'יוֹני סבל משברים קשים בשתי רגליו; מַלְמְגֶרֶן סבל מחבלה קשה בכתפו ומחשד לפגיעה בכליה; ולזאפּי היו כמה צלעות שבורות.
הצוות הצליח להציל כמה פריטים מן הגונדולה של ספינת האוויר ההרוסה, בהם מקלט-משדר רדיו, אוהל שאותו צבעו בהמשך באדום להבלטה מקסימלית, וכן, פריטים בעלי חשיבות מכרעת, תיבות מזון וציוד הצלה שהמהנדס מהיר-המחשבה אטורה ארודינו הספיק להשליך על הקרח לפני שהוא וחמשת חבריו נסחפו אל מותם בשרידי ספינת האוויר ההרוסה, אך עדיין כשירה להינשא באוויר על מעטפתה ושלדתה. עם חלוף הימים, נשא קרח הים הנגרף במים את הניצולים לעבר האי פוין ואיי בְּרוֹך.
ימים אחדים לאחר ההתרסקות החליטו המטאורולוג השוודי פין מלמגרן והקצין השני והשלישי של נובילה, מריאנו וזאפי, לעזוב את הקבוצה משוללת הניידות ולצעוד לעבר היבשה. מלמגרן, שהיה פצוע, חלש ולפי הדיווח, עדיין מדוכא בגלל עצתו המטאורולוגית, שתרמה, להרגשתו, להתרסקות, ביקש משני חבריו האיטלקים להמשיך בלעדיו. השניים נאספו כעבור שבועות אחדים אל שוברת הקרח הסובייטית "קראסין".
גרסה "עתירת דמיון, מעובדת לעלילה בדיונית" של אירועים אלה הוצגה בשנת 1969 בסרט "האוהל האדום". הסרט היה קופרודוקציה איטלקית/רוסית והשחקנים הראשיים היו פיטר פינץ' בתפקיד נובילה, שון קונרי בתפקיד אמונדסן והארדי קרוגר בתפקיד לונדברג.
מחלוקות בנושא החיפוש והחילוץ.
בעקבות ההתרסקות, יזמו כמה אומות, בהן ברית המועצות, נורווגיה, שוודיה, פינלנד ואיטליה חילוץ קוטבי ראשון באוויר ובים. ספינות בבעלות פרטית, שנחכרו על ידי מדעני קוטב ומגלי ארצות, הצטרפו גם הן לחיפוש. אפילו רואלד אמונדסן התעלם מחילוקי הדעות הקודמים שלו עם נובילה, עלה על מטוס-ים צרפתי ויצא אל מטה החילוץ; המטוס הזה נעלם בין טרומסו לסוולבארד, ואף כי הסירה השטוחה השייכת למטוס נמצאה לאחר זמן, גופותיהם של אמונדסן, הטייס גיבו וארבעת האחרים שהיו בטיסה לא נמצאו מעולם.
לאחר חודש של מחסור ומצוקה לניצולי ה"איטליה", נחת מטוס החילוץ הראשון, מטוס מגלשיים מסוג פוקר של חיל האוויר השוודי, עם איינר לונדבורג כטייס ולויטננט שייברג כמשקיף סמוך לאתר ההתרסקות. נובילה הכין תוכנית פינוי מפורטת, עם הפצוע הקשה ביותר (המכונאי עב הכרס צ'צ'יוני) בראש הרשימה והוא עצמו כמספר 4, והנווט ויגליירי והאלחוטן ביאג'י במקומות ה-5 וה-6 בהתאמה. ואולם, לונדבורג סירב לקחת מישהו פרט לנובילה. טענתו הייתה, שהמטוס יכול לקחת רק נצול אחד והפצוע קשה האחר היה כבד כל כך, שלונדבורג לא היה בטוח שיוכל להמריא עמו. נובילה הוטס אל האי ריס, בסיס של כוחות החילוץ השוודי והפיני. כשלונדבורג חזר לבדו לאסוף את הניצול השני, התרסק מטוסו בנחיתה והוא נלכד עם שאר החמישה.
בסופו של דבר, הגיע נובילה אל ה"צ'יטה די מילאנו", שם היה המום, כפי שאמר לאחר זמן, מאוזלת היד שמצא. נסיונותיו לעזור בתיאום מאמץ ההצלה הבינלאומי הושמו לאל, וכשאיים לעזוב את המקום, מנע זאת רב החובל רומניה כשהחזיק אותו למעשה במעצר. המברקים שלו אל הניצולים ששהו עדיין על הקרח, כמו גם אל אנשים שונים שהיו מעורבים במעשה החילוץ, צונזרו במידה רבה. דיווח מטעה וכוזב בעיתונות של איטליה הפשיסטית טען, שהפינוי שלו עצמו היה אות ברור לפחדנות. אחרי 48 ימים על מצוף הקרח, חולצו חמשת האנשים האחרונים של צוותו על ידי שוברת הקרח הסובייטית "קראסין". נובילה התעקש להמשיך בחיפוש אחר ששת אנשי הצוות שנסחפו בספינת האוויר כשזו התפרקה, אבל הוא הצטווה לחזור לרומא עם יתר האנשים.