Одновременно Пирогов заведовал технической частью военно-врачебного завода. Здесь он разработал различные типы хирургических инструментов и их наборов, которые долгое время состояли на снабжении русской армии и гражданских лечебных учреждений.

Чтобы студенты имели возможность постоянно упражняться в производстве операций и вести экспериментальные наблюдения, в 1846 году по проекту Пирогова при Медико-хирургической академии был создан первый в Европе анатомический институт.

Это помогло и самому Пирогову.

В 1846 году он опубликовал «Анатомические изображения человеческого тела, назначенные преимущественно для судебных врачей», а в 1850 – «Анатомические изображения наружного вида и положения органов, заключающихся в трех главных полостях человеческого тела».

Поставив перед собой задачу – выяснить формы различных органов, их взаиморасположение, а также их смещение и деформацию под влиянием физиологических и патологических процессов, Пирогов разработал свой метод, названный им методом «ледяной скульптуры». «Во время этих занятий, – писал он, – автор напал на счастливую мысль – изучить на замороженных трупах положение, форму и связь органов, не распиливая их в различных направлениях, а обнажая их на замороженном трупе, подобно тому, как это делается и обыкновенным способом. Для этой цели труп замораживался до плотности камня и затем при помощи долота, молотка, пилы и горячей воды обнажались и вылущивались органы, скрытые в оледенелых слоях. Помощью этих приемов и получено изображение нормального положения сердца и органов брюшной полости».

В результате таких тщательных исследований Пирогов создал знаменитый атлас «Топографическая анатомия, иллюстрированная разрезами, проведенными через замороженное тело человека в трех направлениях», снабженный к тому же пояснительным текстом (четыре тома, 1851–1854).

Атлас принес Пирогову мировую славу.

В 1847 году Пирогов был избран действительным членом Академии наук.

В том же году он уехал на Кавказ в действующую армию.

«Выехав из Чир-Юрта, – писал Пирогов, – сопровождаемые стройным взводом драгун, мы приехали через 12 часов в Куитер-Кале. Здесь наконец в первый раз открылась перед нами угрюмая природа Дагестана. Я еще не видел страны более безутешной, чем Дагестан. Вся окрестность покрыта каким-то безжизненным, пепельным цветом. Везде видишь только одни хмурые скалы и ущелья, а местами к этим скалам примкнуты, как кучки ласточкиных гнезд, аулы, кое-де окруженные садами, зелень которых издали делает еще разительнее дикую бесплодность окрестных скал. Даже журчанье горных потоков не нарушает здесь пустынного молчания».

При осаде аула Салты Пирогов впервые в истории медицины применил эфир для наркоза в полевых условиях.

Позже Пирогов опубликовал исключительное по важности экспериментальное исследование, посвященное изучению влияния эфира на живой организм – «Анатомические и физиологические исследования об этеризации». В этом исследовании он предложил ряд новых методов эфирного наркоза – внутреннего, интратрахеального, прямокишечного, прямо указав на то, что наркотическое вещество оказывает действие на центральную нервную систему и это действие осуществляется через кровь, независимо от путей введения его в организм.

В том же году Пирогов осуществил первые остеопластические операции, при которых, благодаря сохранению пяточной кости при ампутации голени, культя делается опорной, и больной вполне может ходить, опираясь не на протез, а на собственную ногу. «Эта операция Пирогова бессмертна, – писал известный русский хирург Разумовский, – она будет существовать и не заменится ничем, пока будет существовать человеческий род и хирургическое искусство».