В 1820 г. Н.Ф. Арендт стал главным доктором Петербургского артиллерийского госпиталя, где в полной мере проявились его хирургические способности. Современники его всё более удивлялись тому, что большая часть операций, производившихся иногда среди очень неблагоприятных обстоятельств, оканчивалась благополучно. Успех Н.Ф. Арендта был обусловлен во многом его блестящим мастерством хирурга и исключительной заботой об оперированных больных, а также не в последнюю очередь применением лекарственных средств, позднее названных антисептическими.
Широко известными как в России, так и за рубежом стали выполненные Н.Ф. Арендтом операции экзартикуляции (вычленения) конечностей и перевязки крупных кровеносных сосудов (наружная подвздошная артерия была перевязана Н.Ф. Арендтом впервые в мире).
Об одной из таких операций сообщал журнал «Отечественные записки» 5 августа 1822 г. 44-летний санкт-петербургский купец Иван Фомич Паратков писал издателю журнала: «Не имея другого способа изъявить моей благодарности Николаю Фёдоровичу Арендту, даровавшему мне через операцию (10 октября 1821 г.) новую жизнь, а многочисленному семейству моему — существование, я прибегаю паки к посредству „Отечественных записок“, служащих часто органом славных благотворительных дел наших соотечественников, — да узнает мой благодетель, что первая моя молитва к Богу есть о его здравии и благоденствии, столь важных для человечества, да утешатся страдальцы, подобные мне, ибо искусные руки Николая Фёдоровича Арендта готовы исторгнуть их из челюстей смерти, а доброе сердце его — влить утешение и отраду в отчаянные их души».
Издатель «Отечественных записок» П.П. Свиньин, комментируя «знаменитую операцию, благополучно совершённую главным доктором Артиллерийской гошпитали Николаем Фёдоровичем Арендтом», пишет, что она составляет «предмет всеобщих разговоров публики и удивления людей учёных; она делает особенную честь искусству, решимости и человеколюбию врача, а нам, русским, даёт право гордиться таковым соотечественником, потому что г. Арендт получил начальное и окончательное образование в российских учебных заведениях — в Москве и Санкт-Петербурге. Подобной операции, столь благополучно совершённой, не было ещё примера в истории хирургии (славный английский врач Абернетти сделал перевязку в том же месте, но без успеха: больной его не выдержал её)». Операция производилась в присутствии профессора Буша и ещё 11 других знаменитых медиков. Любопытны некоторые детали, предшествовавшие операции: больной, в течение 4 лет страдавший аневризмой артерии, решившись наконец на операцию, «исповедался, приобщился Святых Тайн, простился с родными и друзьями и со спокойной твёрдостью духа передал себя в руки врача — столь же предприимчивого, как и искусного». Через 14 дней больной был выписан из больницы. П.П. Свиньин заключает свой комментарий словами: «Г. Арендт, исхитив страдальца из челюстей смерти, приобрёл себе благодарность отечества как за возвращение полезного гражданина и отца семейству, так и совершив первым из хирургов в свете столь важную, знаменитую операцию».
Признание мастерства Н.Ф. Арендта нашло своё отражение в беспрецедентном в истории отечественной медицинской науки акте: «за усердную и долговременную службу, равно как и за совершенное познание медицины и хирургии, доказанное многократным производством всех операций», ему в 1821 г. была присуждена учёная степень доктора медицины и хирургии без сдачи обязательного экзамена и защиты диссертации.
По данным А.Н. Никитина и Е.И. Андреевского, за время военной службы Н.Ф. Арендт произвёл более 800 операций.
Уже упоминавшийся английский хирург Аугуст Боцций Гранвилл, сравнивая уровень медицинской помощи в России с существующим уровнем врачевания в Германии, Франции, Италии и Англии, находил, что врачам, практиковавшим в России, недостаёт опытности, свойственной немецким врачам, в основу лечения русскими врачами положен метод выжидания, но оно продолжительнее, чем во французской медицине, русские врачи менее решительны в терапии и менее склонны к философии, чем врачи Северной Италии, врачевание русских врачей не столь действенно и успешно, как английских, потому что метод выжидательного лечения основывается на устаревших данных об отправлениях отдельных органов и тканей. Гранвилл также отмечал, что в Петербурге было мало русских врачей — преобладали врачи-иностранцы: немцы, французы, англичане, итальянцы, являвшиеся поклонниками различных систем, в соответствии с которыми нередко проводили лечение. Среди этих врачей-иностранцев Гранвилл упоминает хирургов-англичан лейб-медиков В.П. Крейтона и Я.И. Лейтона. Он также сообщает о врачебно-организационной деятельности Я.В. Виллие, И.Ф. Рюля и О.О. Ремана, тоже лейб-медиков. Что же касается уровня развития хирургии, то Гранвилл особенно подчёркивал способности Н.Ф. Арендта, сравнивая его с известными английскими хирургами Э. Купером, Б. Броуди, а также с Г. Дюпюитреном, считая, что хирургическое мастерство Н.Ф. Арендта «делало честь России».