В 1876 году он вновь уезжает на войну, на сей раз в Черногорию, как консультант по хирургии при Красном Кресте. Разгоревшаяся затем Русско-турецкая война в 1877 году призывает его в действующую армию. Он перевязывает первых раненых при переправе через Дунай, работает хирургом в русской армии под Плевной и на Шипке. Одна из его поездок в Форт Святого Николая едва не стоила ему жизни. Ради работы он мог забыть все, а если того требовали обстоятельства, он мог оперировать по нескольку суток подряд, не отвлекаясь ни на сон, ни на еду. При контратаках армии Сулеймана-паши Николай Васильевич оперировал по четверо суток подряд без отдыха и сна под огнем противника! Отчеты свидетельствуют, что в тот период через его лазареты прошло около 10 000 раненых. Врач и сестры, среди которых находилась и жена Софья Александровна, поддерживали его силы тем, что изредка между отдельными операциями вливали ему в рот несколько глотков вина.
В 1878 году Склифосовский перешел на кафедру академической хирургической клиники, а в 1880 году избран на кафедру факультетской хирургии клиники Московского университета. Профессор Склифосовский избирается деканом медицинского факультета Московского университета, где он успешно работает в 1880–1893 годах. В Москве он пробыл 14 лет, это был наиболее продуктивный период его научно-педагогической деятельности.
Никогда ни при каких обстоятельствах Николай Васильевич не изменял своим благородным джентльменским правилам общения, никто не видел его вспыльчивым, вышедшим из себя. А вместе с тем он был и эмоциональным, и увлекающимся человеком. Первая операция, как обычно проводимая в те годы без хлороформного наркоза, произвела на молодого студента Николая Склифосовского такое сильное впечатление, что он упал в обморок.
В 1893–1900 годах он возвращается в Петербург и назначается директором Клинического Елепинского института усовершенствования врачей и заведующим одним из хирургических отделений этого института. Здесь он оставался до 1902 года, обучая практической хирургии врачей, стекавшихся сюда на курсы со всей России. В 1902 году по болезни он вышел в отставку и через некоторое время уехал в свое имение, в Полтавскую губернию.
Первая жена Склифосовского умерла в возрасте 24 лет от тифа. Умерли и трое его детей. Имение «Отрада», где он поселился после первой женитьбы, было переименовано в «Яковцы»… Оно стояло на высоком берегу Воркслы, до нее было версты две. Каждый день в любую погоду Склифосовский ездил на дрожках купаться. В Москве и в Петербурге он потом купался круглый год Зимой в Петербурге для него делали на Неве прорубь, и ежедневно каждое утро он ездил окунаться в ледяную воду.
Несколько апоплексических ударов прерывают жизнь выдающегося хирурга. Последние четыре года он прожил в своем Полтавском имении «Яковцы». 30 ноября 1904 года в час ночи Николая Васильевича Склифосовского не стало. Похоронили его в месте, памятном для России, там, где когда-то прошла Полтавская битва. Как раз в те дни в Москве начал свою уже теперь будничную, благодаря Склифосовскому, работу V съезд российских хирургов. Открытие его омрачила весть о смерти Николая Васильевича Склифосовского. «Сошел в могилу, несомненно, один из самых выдающихся хирургов нашего отечества, имя которого мы привыкли ставить тотчас после имени великого Пирогова» — такими словами откликнулся съезд на трагическое событие. Имя замечательного русского хирурга Склифосовского присвоено Институту скорой медицинской помощи в Москве.
Продолжая анатомо-физиологическое направление Н.И. Пирогова в хирургии, Склифосовский разработал многие вопросы хирургического лечения различных заболеваний. Он одним из первых начал оперировать по поводу удаления кисты яичников, чем способствовал развитию в России хирургии брюшной полости. Склифосовский предложил оперативное лечение мозговых грыж, грыж брюшной стенки, рака языка и челюстей, желудка, оперативное удаление камней мочевого пузыря; разработал показания к хирургическому лечению заболевания желчного пузыря, методику операций. Он разработал операции удаления зоба, экстирпации гортани и т. п. Особое внимание он уделял брюшной хирургии: в московский период он одним из первых стал применять гастростомию, в Петербурге — «пуговицу Мерфи». Из других выдающихся его нововведений в русской хирургии — применение пузырчатого шва.
Николай Васильевич совместно с И.И. Насиловым предложил новый способ соединения длинных трубчатых костей при ложных суставах, который получил название «замка Склифосовского», или «русского замка». Следя за европейской наукой, он всегда стоял на ее уровне, применял и сам разрабатывал новые способы пластических операций. Широко пропагандировал методы антисептики и асептики и одним из первых в России ввел оба метода в хирургическую практику. Будучи почетным председателем 1 — го Пироговского сьезда в 1885 году, он выступил с речью об антисептике — «Об успехах хирургии под влиянием противогнилостного метода». В России это был момент поворота от старой хирургии к новой.