Конечно, на вечерах у Мойера, где преобладала женская молодежь, предпочтение отдавалось Иноземцеву, что причиняло много огорчений невзрачному по внешности Пирогову.
В дерптской студенческой жизни ни Пирогов, ни Иноземцев, ни другие их товарищи, по-видимому, участия не принимали. «Немецкие студенты кутили, — рассказывал Николай Иванович впоследствии, — вливали в себя пиво, как в бездонную бочку, дрались на дуэлях, целые годы иногда не брали книги в руки, но потом как будто перерождались, начинали работать так же прилежно, как прежде бражничали, и оканчивали блестящим образом свою университетскую карьеру. Мы, русские из профессорского института, не сходились ни с одним студенческим кружком, не участвовали ни в коммершах (пирушки), ни в других студенческих препровождениях времени, и я, например, несмотря на мою раннюю молодость, даже вовсе и не имел никакой охоты знакомиться с студенческим бытом в Дерпте. Только два раза я из любопытства съездил на коммерши, и то впоследствии, по окончании курса».
Приближалось окончание курса, и Пирогов, по совету Мойера, решил держать экзамен на степень доктора медицины. Желая, как он рассказывает, показать факультету, что идет на экзамен не сам, а по принуждению, он «откинул весьма неприличную штуку». В Дерпте экзамены на степень происходили тогда на дому у декана. Докторант присылал к нему чаю, сахару, вина и другое угощение для экзаменаторов. Пирогов ничего этого не сделал, и декану пришлось подать собравшимся свое угощение. И хотя жена профессора Ратке сильно бранила за это Николая Ивановича, но экзамен сошел благополучно.
Для докторской диссертации Пирогов выбрал редкую тогда в хирургическом и физиологическом отношении перевязку брюшной аорты при паховых аневризмах, сделанную только однажды на живом человеке знаменитым английским анатомо-хирургом Эстли Пастоном Купером. Это была работа по топографической, или хирургической, анатомии, рассматривающей взаимное расположение органов в определенной, ограниченной части тела. Эту часть анатомии разрабатывали тогда во Франции и в Англии, но в России и Германии ее почти не знали.
Николаю Ивановичу пришлось делать много опытов, сильно работать. Дни и ночи просиживал он в анатомическом театре над препарированием различных областей, занимался артериальными стволами, делал опыты с перевязками на собаках и телятах, много читал и писал. Диссертация, с несколькими рисунками с препаратов, вышла да славу и заставила о себе заговорить — студентов и профессоров. Рисунки препаратов, выполненных для этой работы в натуральную величину, красками, до наших дней хранятся в анатомическом театре Дерптского университета.
Докторская диссертация Пирогова, по заявлению профессора хирургии Л. Л. Левшина (в 1897 году), может «служить прекрасным примером того, как следует приступать к решению вопросов практической медицины». В первом своем научном труде Пирогов «высказал принцип, что при решении различных вопросов практической медицины нельзя ограничиться одними лишь клиническими наблюдениями, но что в этом деле необходимы опыты над животными; предмет диссертации — лечение аневризм подвздошных артерий донельзя удачно выбран с целью показать, что путь для разработки ключевого вопроса не может быть иной, как экспериментальный». По новизне метода работа Пирогова обратила на себя внимание за границей и была переведена с латинского, на котором написала автором, на немецкий язык и напечатана в знаменитом тогда хирургическом журнале Греффе и Вальтера.
Таким образом, ко времени поездки за границу для завершения своей подготовки к профессуре Николай Иванович мог уже самостоятельно заниматься научными исследованиями. Серьезное изучение в Дерпте анатомии и хирургии в течение пяти лет выработало из него специалиста, основательно знающего свой предмет. Весьма важный для хирурга и очень трудный отдел анатомии — учение о фасциях (оболочки, покрывающие мышцы) — он изучил так основательно, что едва ли кто-нибудь, по словам доктора Малиса, мог быть опытнее его в этом отношении. И до Пирогова прибегали к опытам над животными для решения различных хирургических вопросов, он же потребовал права гражданства для экспериментальной хирургии, науки, всю важность которой для клиники недостаточно уяснили себе еще много десятилетий спустя. Такое рациональное направление, выработанное Пироговым вполне самостоятельно, было совершенно новым и ставило его головою выше современных ему хирургов.