Вскоре Николай Нилович выехал за границу, чтобы ознакомиться с опытом видных зарубежных ученых-медиков.
Здесь Николай Нилович Бурденко совершенствовал методы исследования нервной системы и учился критически, жестоко, беспощадно проверять свои научные открытия.
Вернувшись в Россию, молодой ученый с разочарованием и досадой убедился в том, что потребность в его новаторской работе еще не назрела, понимания добиться трудно, а поддержки и вовсе нельзя. Вскоре он попал на фронт империалистической войны и в лазаретах на передовой линии сосредоточил внимание на ранениях центральной нервной системы. Он произвел тогда более двух тысяч операций. Это принесло громадную пользу не только раненным в голову солдатам, которых он возвращал к жизни, но и самому хирургу. Он пересмотрел свои прежние установки в этой новой отрасли медицины, выработал целый ряд правил обращения с ранеными, а в послевоенные годы, занимаясь лечением инвалидов, паралитиков, эпилептиков, вплотную подошел к изучению выносливости центральной нервной системы при ранениях головы, при всех нарушениях в центрах коры головного мозга. Это было началом его новаторской работы в области нейрохирургии.
Когда власть в России перешла в руки рабочих и крестьян, Бурденко был счастлив. Внук крепостного, человек, высоко ценивший свободу убеждений, видевший все зло старого строя, он радовался победе трудового народа. И верность свою революционной России доказал в грозные дни, когда войска императорской Германии вторглись в Прибалтику. Немцы принялись наводить свои порядки в Юрьевском университете. Уволив русских профессоров, они поняли, однако, что никто не сможет заменить Бурденко на кафедре хирургии. И обратились к нему с почетным, на их взгляд, предложением вернуться в университет. Плохо они знали Николая Ниловича, Без колебаний, сразу отверг он домогательства оккупантов. Это лишило его возможности продолжать научные исследования, он был оторван от хирургической практики, ему грозили гонения, но иначе поступить он не мог.
Бросив вызов врагам, Бурденко мечтал об одном: вернуться в Россию, свободную, устремленную в будущее.
Как только был заключен Брестский мир, Николай Нилович распрощался с Юрьевом и переехал в Воронеж.
Тут он сразу почувствовал, как нужны народу его знания, его энергия, его талант. Всей душой Бурденко отдался созданию медицинского факультета, разрабатывал планы организации новых лечебных учреждений, был инициатором важнейших начинаний и реформ в области здравоохранения. Занятый огромной организаторской работой, он все же остался прежде всего хирургом, совершенствовал свое искусство, углублял научные открытия. Уже в те годы разрухи, голода, гражданской войны Бурденко был уверен, что молодое Советское государство откроет невиданные возможности для науки, сражающейся за жизнь человека.
Он сражался за жизнь не только своим искусством хирурга. Он сражался за жизнь, открыто и смело поставив себя в ряды сторонников и защитников Советской власти в самых опасных, самых грозных для себя обстоятельствах.
Осенью 1919 года в Воронеж ворвались войска Деникина. Началась расправа над сторонниками Советской власти. Деникинцы искали коммунистов в госпиталях, переполненных ранеными красноармейцами. В одном из них навстречу бандитам вышел Бурденко. Он запретил им идти в палаты. Разъяренные белогвардейцы пытались запугать профессора, грозили бросить его в подвалы контрразведки, откуда люди живыми не возвращаются. Бурденко оттеснили от двери. Казалось, ничто уже не остановит убийц. Тогда профессор, придав своим словам самый зловещий смысл, заявил, что раненых в палатах нет, там лежат только сыпнотифозные больные, и каждый, кто войдет к ним, рискует заразиться. Бурденко знал: если обман обнаружится, ему несдобровать... Минута колебания — и бандиты отступились, проклиная упрямого профессора.
Когда отгремела гроза гражданской войны, Бурденко, окрыленный творческой работой Советского государства, понял, что пришла пора свершения его давних надежд и мечтаний в области науки. Не в Цюрихе, где бедствовал одинокий фанатик Монаков, не в Юрвеве, оставшемся по ту сторону советской границы, а здесь, на Родине, где наука служит народу, открылся простор для новаторской деятельности энтузиаста-ученого.
Еще в Воронеже, до переезда в Москву, Николай Нилович готовил свой план организации новых неврологических и травматологических медицинских учреждений. Упорно вторгался в самые темные, загадочные отрасли хирургии. Искал возможности спасти жизнь человеку, обреченному на гибель из-за ранения или недуга, поразившего его мозг.