В 1904 году, еще будучи студентом, Н. Н. Бурденко уехал на театр русско–японской войны. Работал полковым санитаром, операционным фельдшером. В боях под Фавангоу под огнем противника оказывал помощь раненым на поле боя и сам был ранен в руку. За проявленный героизм был награжден солдатским Георгиевским крестом.
После войны Н. Н. Бурденко вернулся в Юрьев, на медицинский факультет, а через пять лет после его окончания ему предложили заведовать кафедрой оперативной хирургии и топографической анатомии. Одновременно он продолжал работать в хирургической клинике. Несмотря на молодость (ему было тогда 34 года), Н. Н. Бурденко завоевал большой авторитет среди студентов и преподавателей университета.
В своих «Автобиографических записях» он вспоминает начальный период своей научной деятельности, увлечение физиологией и проявленное к нему внимание великого физиолога И. П. Павлова, который следил за ростом молодого ученого и даже пригласил его в свою лабораторию. Но Н. Н. Бурденко уже избрал другой путь. Как ни лестно было предложение, он остался верным хирургии и в письме к И. П. Павлову в 1908 году писал: «Хирургия, и в особенности военно–полевая хирургия— это дело всей моей жизни». Вместе с тем Н. Н. Бурденко сохранил любовь к физиологии, экспериментальным исследованиям. Работая над докторской диссертацией, посвященной изучению последствий перевязки воротной вены, постоянно советовался с И. П. Павловым. Он вспоминает в «Автобиографических записях»: «Я находился под обаянием работ И. П. Павлова, которые явились основой для моего философского мышления. В своих научных работах Павлов всегда следовал девизу: не выдумывать, не измышлять, а искать, что делает и несет природа. Этим я решил руководствоваться в своей жизни и подражать Павлову».
Н. Н. Бурденко.
Н. Н. Бурденко сутками не выходил из клиники, секционной и лаборатории. Всегда в окружении студентов, он обучал их основам хирургии, считая, что будущие врачи и хирурги должны в совершенстве знать анатомию и сначала овладеть техникой операций на животных.
Перед первой мировой войной он несколько раз выезжал за границу, работал в лучших клиниках Германии и Швейцарии, изучал тончайшие структуры нервной системы, в санаториях Ролье и Мэтера знакомился с новейшими методами лечения костного туберкулеза. Но уже тогда Н. Н. Бурденко мог достойно представлять отечественную науку и знакомить иностранных коллег с достижениями, которые имелись у нас в области анатомии, физиологии и хирургии. По ряду разделов хирургии Россия стояла отнюдь не ниже, чем Запад, а по многим областям военно–полевой хирургии превосходила медицинские школы Европы.
Когда началась первая мировая война, Н. Н. Бурденко вел большую организационную работу по оказанию медицинской помощи раненым. Он работал хирургом в госпиталях на северо–западном фронте, делая операции при наиболее сложных огнестрельных ранениях. Война выдвинула его в число крупнейших организаторов военно–медицинской службы и, по существу, определила его будущую деятельность в области военно-полевой хирургии.
Немало времени отнимали у него заботы по линии Красного Креста. Однако его действия часто вызывали недовольство высокопоставленных особ, бестолково вмешивавшихся в работу госпиталей в качестве «опекунов» и «благодетелей». «Особенно одолевали меня уполномоченные частных организаций, — вспоминал Н. И. Бурденко. — Они наскакивали на меня с требованием быстрой эвакуации их учреждений (в г. Гройцы). Когда я им возражал, они грозили мне арестом, отстранением от заведывания госпиталем и вообще старались меня напугать, но природе было угодно, чтобы я лишен был способности пугаться».
Известен случай, когда во время проведения операции раненному в голову он получил приказ встретить верховного начальника санитарной и эвакуационной части принца Ольденбургского и отдать ему рапорт. Н. Н. Бурденко попросил дежурного врача пригласить принца в операционную, но тот вторично вызывал к себе «строптивого хирурга». Только закончив операцию и убедившись, что жизнь раненого вне опасности, хирург явился к принцу прямо в халате и белой шапочке. Ольденбургский был явно раздражен, но сдержался и с улыбкой протянул руку: ведь лазареты Бурденко по организации работы и оказанию помощи раненым являлись лучшими на фронте.