Nikolái Ivánovich hizo un gran avance en la cirugía militar aliviando el sufrimiento de muchas personas. Fue él quien empezó a propagar la anestesia durante las operaciones.
En 1823, a la edad de 14 años, Pirogov entró en la Facultad de Medicina de la Universidad Imperial de Moscú. En su matrícula indicó que tenía 16 años, añadiendo dos años a su edad. Durante este período, la familia Pirogov era extremadamente pobre y el joven ni siquiera tenía un uniforme de estudiante. Para ocultarlo, no se quitaba el abrigo, lo obligaba a soportar el calor.

A la edad de 26 años, Nikolái ya era profesor, y un par de años más tarde dirigió el Departamento de Cirugía de la Academia Médica y Quirúrgica de San Petersburgo, la entonces capital del Imperio Ruso. Allí el médico empezó a pensar en un modo para evitar amputaciones, ya que en esa época cualquier herida en un brazo o pierna a menudo terminaba en una discapacidad grave.
En 1847, después de haber elaborado una serie de técnicas, Pirogov fue por iniciativa propia al Cáucaso, donde hervía una guerra, para probar todo en la práctica. Fue allí donde usó por primera vez vendas empapadas en almidón que resultaron ser mucho mejores que las usadas anteriormente. Allí Pirogov también realizó sus primeras operaciones en el campo bajo anestesia de éter.
En Crimea, Pirogov introdujo un enfoque fundamentalmente nuevo en la medicina militar: la clasificación de los heridos. Los que necesitaban ayuda inmediatamente fueron tratados en los hospitales de campaña, y los soldados con heridas más leves después de los primeros auxilios eran enviados a la retaguardia para su tratamiento posterior. Este método salvó muchas vidas y luego fue adoptado en todo el mundo.
Sin embargo, la franqueza del médico no le caía bien a todos. Tras volver de Crimea, trató de revelar toda la verdad sobre la situación de las tropas rusas al joven emperador Alejandro II, lo que causó su molestia. El emperador consideró a Pirogov como opositor rojo, por lo que el gran cirujano cayó en desgracia durante mucho tiempo.
En 1881, murió del cáncer de boca por haber fumado toda su vida. Su cuerpo fue embalsamado. "Teniendo en cuenta los méritos de Pirogov como un cristiano ejemplar y un científico de renombre mundial, se le permitió no enterrar el cuerpo, sino dejarlo imperecedero", según fuentes de entonces. El cuerpo del cirujano se encuentra en una cripta cubierta con una pequeña iglesia en su finca en Ucrania.
El médico también era un gran educador. "Ser humano es lo que la educación debe perseguir", solía decir.