Вместе с тем Н. Н. Бурденко на всю жизнь сохранил любовь к физиологии, экспериментальным исследованиям. В тех же «Записях» он вспоминает:
«Я находился под обаянием работ И. П. Павлова, которые являлись 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».
Перед первой мировой войной Николай Нилович несколько раз выезжал за границу, работал в лучших клиниках Германии и Швейцарии, изучая тончайшие структуры нервной системы. В санаториях Ролье и Мэтера он ознакомился с новейшими методами лечения костного туберкулеза. Вместе с тем уже тогда Бурденко мог достойно представлять отечественную науку и знакомить иностранных коллег с теми достижениями, которые имелись у нас в области анатомии, физиологии и хирургии. Во многих разделах хирургии Россия стояла тогда отнюдь не ниже, чем Запад, а в некоторых областях, например в военно-полевой хирургии, и превосходила медицинские школы европейских стран.
Профессорская деятельность Н. Н. Бурденко началась после защиты докторской диссертации в городе Юрьеве (Тарту) в 1909 году. Он заведовал там кафедрой оперативной хирургии, обучая студентов технике операций, и одновременно работал в хирургической клинике. Несмотря на молодость (ему было тогда 34 года), Николай Нилович, как подлинный новатор, пытливый исследователь, вдумчивый клиницист и искусный хирург, завоевал высокий авторитет среди студентов и преподавателей университета.
Когда началась первая мировая война, Бурденко вел большую организационную работу по оказанию медицинской помощи раненым. Он работал в качестве хирурга в-госпиталях на Северо-Западном фронте, делая операции при наиболее сложных случаях огнестрельных ранений.
Первая мировая война выдвинула Н. Н. Бурденко в число крупнейших организаторов военно-медицинской службы и во многом определила его будущую деятельность в области военно-полевой хирургии.
Немало времени отнимала у него административная и организационная деятельность по линии Красного Креста. Его действия вызывали неудовольствие высокопоставленных господ, бестолково вмешивавшихся в работу госпиталей в качестве «опекунов» и «благотворителей». В своих воспоминаниях Николай Нилович писал:
«Особенно одолевали меня уполномоченные частных организаций. Они наскакивали на меня с требованием быстрой эвакуации их учреждений (в г. Гройцы). Когда я им возражал, они грозили мне арестом, отстранением от заведования госпиталем и вообще старались меня напугать, но природе было угодно, чтобы я лишен был способности пугаться».
В итоге длительных наблюдений Бурденко приходит к выводу о необходимости упорядочения эвакуации раненых и оказания первой помощи непосредственно в войсковом районе; он добивался приближения госпиталей к месту боевых действий армии, чтобы оперировать тяжелораненых, особенно с проникающими ранениями живота, в хорошо оборудованных лечебных учреждениях, а не везти их в тыл. Бурденко разработал систему специализированной хирургической помощи в госпиталях Красного Креста. Там были созданы отделения для лечения раненных в грудную клетку, живот и голову.
