22 сентября 1824 года Николай Пирогов поступил на медицинский факультет Московского университета, который окончил в 1828. Студенческие годы Пирогова протекали в период реакции, когда приготовление анатомических препаратов запрещалось как «богопротивное» дело, а анатомические музеи уничтожались. По окончании университета он отправился в город Дерпт (Юрьев) для подготовки к профессорскому званию, где занимался анатомией и хирургией под руководством профессора Ивана Филипповича Мойера.
31 августа 1832 года Николай Иванович защитил диссертацию: «Является ли перевязка брюшной аорты при аневризме паховой области легко выполнимым и безопасным вмешательством?» В этой работе он поставил и разрешил ряд принципиально важных вопросов, касающихся не столько техники перевязки аорты, сколько выяснения реакций на это вмешательство как сосудистой системы, так и организма в целом. Своими данными он опроверг представления известного в то время английского хирурга А. Купера о причинах смерти при этой операции.
В 1833–1835 годах Пирогов находился в Германии, где продолжал изучать анатомию и хирургию. В 1836 году он был избран профессором кафедры хирургии Дерптского (ныне Тартуский) университета. В 1849 году вышла его монография «О перевязке ахиллова сухожилия в качестве оперативно-ортопедического лечебного средства». Пирогов провел больше восьмидесяти опытов, подробно изучил анатомическое строение сухожилия и процесс его сращения после перевязки. Операцию эту он применял для лечения косолапости. В конце зимы 1841 года по приглашению Медико-хирургической академии (в Петербурге) занял кафедру хирургии и был назначен руководителем клиники госпитальной хирургии, организованной по его инициативе из 2-го Военно-сухопутного госпиталя. В эту пору Николай Иванович жил на левой стороне Литейного проспекта, в небольшом доме, на втором этаже. В том же доме, в том же подъезде, на втором этаже, напротив его квартиры, разместился журнал «Современник», в редакции которого работают Н.Г. Чернышевский и Н.А. Некрасов.
Доктор Пирогов в 1847 году отправился на Кавказ в действующую армию, где при осаде аула Салты впервые в истории хирургии применил эфир для наркоза в полевых условиях. В 1854 году принимал участие в обороне Севастополя, где проявил себя не только как хирург-клиницист, но прежде всего как организатор оказания медицинской помощи раненым; в это время им впервые в полевых условиях была использована помощь сестер милосердия.
По возвращении из Севастополя (1856 г.) оставил Медико-хирургическую академию и был назначен попечителем Одесского, а позже (1858 г.) Киевского учебных округов. Однако в 1861 году за прогрессивные по тому времени идеи в области просвещения был уволен с этого поста. В 1862–1866 годах был командирован за границу в качестве руководителя молодых ученых, отправленных для подготовки к профессорскому званию. По возвращении из заграницы поселился в своем имении, село Вишня (ныне с. Пирогово, около города Винницы), где жил почти безвыездно.
Николай Иванович Пирогов застал еще представления, которые все разнообразие хирургических приемов сводили к трем основным правилам: «…мягкие части режь, твердые пили, где течет — там перевязывай». Он революционизировал хирургию. Его исследования положили начало научному анатомо-экспериментальному направлению в хирургии; Пирогов заложил основания военно-полевой хирургии и хирургической анатомии.
Заслуги Николая Ивановича перед мировой и отечественной хирургией огромны. В 1847 году его избирают членом-корреспондентом Петербургской Академии наук. Его труды выдвинули русскую хирургию на одно из первых мест в мире. Уже в первые годы научно-педагогической и практической деятельности он гармонично сочетал теорию и практику, широко используя экспериментальный метод с целью выяснения ряда клинически важных вопросов. Практическую работу он строил на основе тщательных анатомических и физиологических изысканий. В 1837–1838 годах опубликовал труд «Хирургическая анатомия артериальных стволов и фасций»; этим исследованием были заложены основы хирургической анатомии и определены пути ее дальнейшего развития.
Уделяя большое внимание клинике, он реорганизовал преподавание хирургии в целях обеспечения каждому студенту возможности практического изучения предмета. Особое внимание Пирогов уделял анализу допущенных ошибок в лечении больных, считая практику основным методом улучшения научно-педагогической работы (в 1837–1839), издал два тома «Клинических анналов», в которых подверг критике собственные ошибки в лечении больных).
