В талантливо написанных «Анналах хирургического отделения дерптской клиники», вышедших двумя выпусками (в 1837 и 1839 годах), отражены весьма многообразные клинические наблюдения Пирогова. Затем, со времени переезда в Петербург и вступления в должность профессора Медико-хирургической академии, хирургическая деятельность Пирогова приняла огромный размах, поскольку он состоял также консультантом ряда городских больниц, в которых находилось более тысячи коек.
В середине прошлого столетия медицинская наука обогатилась крупнейшим открытием, которое послужило мощным толчком к развитию хирургии. Речь идет о введении в хирургию общего и местного обезболивания. В деле внедрения в практику эфирного и хлороформного наркоза весьма значительная роль принадлежит Николаю Ивановичу Пирогову.
Опыты с эфирным обезболиванием, поставленные Пироговым на животных, а также наблюдения на здоровых и больных людях и на самом себе позволили ему выразить мнение «о практическом достоинстве ...эфирных паров как средства, уничтожающего боль при хирургических операциях». Пирогов впервые разработал методику эфирно-масляного наркоза через прямую кишку и первый применил его на практике. Он сконструировал маску для ингаляционного наркоза и прибор для введения анестезирующего вещества через прямую кишку. Наконец, Пирогов первый применил наркоз на поле боя.
Второе замечательное открытие в биологии и медицине, вызвавшее переворот в лечении хирургических заболеваний и обеспечившее расцвет хирургической науки, заключалось во введении антисептики и асептики. Честь введения антисептического метода приписывают обычно Листеру. Но еще задолго до Листера Пирогов приписывал «миазмам» основную роль в развитии тяжелых осложнений при ранении. Пирогов был дальновиднее Листера и понимал, что не только воздух содержит возбудителей обширных нагноений, но и все предметы, приходящие в соприкосновение с раневыми поверхностями, таят в себе эту опасность. Еще будучи совсем молодым ученым, Пирогов в своей докторской диссертации, посвященной вопросу о возможности перевязки брюшной аорты, резко протестовал против допускавшегося многими хирургами того времени (30-е годы прошлого столетия) оставления в глубоких тканях различных инструментов, аппаратов и прочих инородных тел (например, лигатур с полоской холста) для остановки кровотечения или выключения сосуда, чтобы ликвидировать аневризму. Пирогов исходил при этом из убеждения, что инородные тела вызывают тяжелый нагноительный процесс, неизбежно связанный с опасностью вторичного кровотечения.
Творчески разрабатывая вопрос об антисептических растворах, наиболее щадящих ткани, Пирогов остановил свой выбор на растворе азотнокислого серебра и показал весьма благоприятное действие его на заживление раны.
В лечении ран Пирогов придавал большое значение методу покоя. Он придерживался правила «как можно реже беспокоить рану перевязками». Однако еще большую роль сыграла предложенная Пироговым неподвижная гипсовая повязка, вызвавшая переворот в лечении огнестрельных и иных переломов. Пирогов достиг большого мастерства в наложении гипсовой повязки, непрерывно совершенствуя и превращая ее в случаях осложненных переломов в окончатую. Благодаря введению гипсовой повязки в практику военно-полевой хирургии Пирогов сузил показания к ампутации, оставляя ее для тех случаев, «когда ранена главная артерия и главная вена, перебита кость или ранена артерия и размозжена кость». Большой заслугой Пирогова надо считать его «сберегательное лечение» ран, при котором ампутация уступала место резекции и неподвижной гипсовой повязке.
О высокой одаренности Пирогова как врача, обладавшего широчайшим кругозором, богатым опытом и знаниями, ходили легенды не только среди больных, но и среди врачей. Его нередко приглашали на консультацию в сложных случаях заболеваний, когда крайне трудно было поставить правильный диагноз и назначить лечение.