Từ năm 1945 đến năm 1947, Turing đã làm việc tại Phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia (National Physical Laboratory). Tại đây, ông thiết kế máy tính ACE (Automatic Computing Engine - Máy tính tự động). Ngày 19 tháng 2 năm 1946, ông đệ trình một bản thiết kế hoàn chỉnh đầu tiên của Anh về máy tính với khả năng lưu trữ lập trình (xem kiến trúc Von Neumann). Tuy ông đã thành công trong việc thiết kế máy ACE, song do những trì hoãn trong việc khởi công đề án, ông trở nên thất vọng và chán nản. Cuối năm 1947, ông quay trở lại Cambridge, bắt đầu một năm nghỉ ngơi của mình (sabbatical year). Trong khi ông đang nghỉ ngơi tại Cambridge, công việc xây dựng máy ACE đã bị huỷ bỏ hoàn toàn, trước khi nó được khởi công xây dựng. Năm 1949, ông trở thành phó giám đốc phòng thí nghiệm máy tính (computing laboratory) của Đại học Manchester, và viết phần mềm cho một trong những máy tính đầu tiên — máy Manchester Mark I. Trong thời gian này, ông tiếp tục làm thêm những công việc trừu tượng, và trong bài viết "Vi tính máy móc và trí thông minh" (Computing machinery and intelligence) - tờ Mind, tháng 10 năm 1950 - ông nói đến vấn đề về "trí tuệ nhân tạo" (artificial intelligence) và đề đạt một phương thức kiểm nghiệm, mà hiện giờ được gọi là kiểm nghiệm Turing (Turing test), một cố gắng định nghĩa tiêu chuẩn cho một cái máy được gọi là "có tri giác" (sentient).

Năm 1948, Turing, hiện đang làm việc với một người bạn học cũ, D.G. Champernowne, bắt đầu viết một chương trình đánh cờ vua cho một máy tính chưa từng tồn tại. Năm 1952, tuy thiếu một máy tính đủ sức để thi hành phần mềm, Turing đã chơi một ván cờ. Trong ván cờ này, ông bắt chước cái máy tính, đợi nửa tiếng đồng hồ trước khi đi một quân cờ. Ván cờ đã được ghi chép lại; phần mềm thua người bạn đồng hành của Turing, Alick Glennie, song lại thắng người vợ của ông Champernowne.