Святитель Николай начинает свою миссию в Японии не с громоподобных проповедей-обличений, а с учебы. Он ревностно постигает сложнейший японский язык, параллельно изучая и китайский. Он стремится познать местные обычаи, религиозные верования и традиции. При этом святитель проявляет необыкновенную широту ума, дружелюбие и открытость, что не смогло не сказаться на его отношениях с изначально агрессивно-отчужденными японцами. Очень скоро он стал вхож во многие японские дома. Среди его друзей появились представители буддийского духовенства. «Вначале завоевать любовь, а потом нести Слово», — так решил святитель, и этот принцип обеспечил успех всей его последующей деятельности. В 1864 году он обратил ко Христу первого японца, причем обращенный был жрецом старой синтоистской кумирни в Хакодате — Такума Савабе. Вот как рассказывает об этом православная русская писательница тех времен Александра Платонова:
«Савабе то и дело сталкивался с иеромонахом Николаем в доме консула и всегда смотрел на него с такой ненавистью, что однажды тот не выдержал и спросил:
— За что ты на меня так сердишься?
Последовал совершенно определенный ответ:
— Вас, иностранцев, нужно всех перебить. Вы пришли выглядывать нашу землю. А ты со своей проповедью всего больше повредишь Японии.
— А ты разве уже знаком с моим учением?
— Нет, — смутился японец.
— А разве справедливо судить, тем более осуждать кого-нибудь, не выслушав его? Разве справедливо хулить то, чего не знаешь? Ты сначала выслушай да узнай, а потом и суди. Если мое учение будет худо, тогда и прогоняй нас отсюда. Тогда ты будешь справедлив.
— Ну, говори!
Слова иеромонаха Николая потрясли самурая. Он испросил дозволения встретиться с иеромонахом вновь и продолжить беседу. Через некоторое время отец Николай уже писал митрополиту Исидору: "Ходит ко мне один жрец древней религии изучать нашу веру. Если он не охладеет или не погибнет (от смертной казни за принятие христианства), то от него можно ждать многого".
В письме от 20 апреля 1865 года иеромонах Николай пишет: "Жрец с нетерпением ждет от меня крещения. Он хорошо образован, умен, красноречив и всею душою предан христианству. Единственная цель его жизни теперь — послужить отечеству распространением христианства, и мне приходится постоянно останавливать его просьбы из опасения, чтобы он не потерял голову, прежде чем успеет сделать что-либо для этой цели".
На Савабе тут же обрушились тяжкие испытания. Его жена сошла с ума и через несколько месяцев в припадке болезни сожгла собственный дом. Савабе так и не нашел прибежища и в скором времени вернулся в Хакодат. Теперь он не имел не только средств к пропитанию, но и крова. Тогда же, в 1868 году, он был заключен в темницу. Восьмилетний его сын по наследственному праву стал жрецом той же кумирни, что давало ему средства кормить себя и больную мать. Позднее Павлу Савабе было дано утешение видеть христианином и своего собственного сына. Испытания лишь укрепили ревность Павла, и в 1875 году он был рукоположен в сан священника».
В 1870 году указом правительствующего Синода иеромонах Николай был возведен в сан архимандрита. Казалось бы, подобное начало должно было открыть путь к более массовому интересу к православию, но ведь проповедь была тайной и на самом деле очень опасной: лишь в 1873 году в Японии были отменены старые антихристианские указы. К этому моменту обращенных насчитывалось около 30 человек, а Духовная миссия, по причине возросшего количества русских представительств в Японии, была перенесена в ее столицу.
После того как проповедь о Христе стала дозволенной, число христиан-японцев начало увеличиваться. В 1875 году рукоположили первого священника-японца, а к 1878 году их насчитывалось уже шесть.
В 1880 году в Петербурге, в Троицком соборе Александро-Невской Лавры, архимандрит Николай был возведен в сан епископа.
Труды святителя можно разделить на три направления. Во-первых, пастырское окормление. Святитель почти ежедневно объезжал ту или иную часть своей епархии, проверял нравственное состояние приходов, служил, проповедовал. Во-вторых, религиозное образование: в начале 1880-х годов в Токио было четыре церковных училища, в числе которых одно женское. В Миссии издавался ряд журналов. В-третьих, всю свою жизнь владыка ежедневно трудился над переводом на японский язык Священного Писания и богослужебных книг. Много внимания он уделял знакомству японцев с классической русской и европейской культурой.