Практически на средства Боткина в течение многих лет (1869–1889) издавался «Архив Клиники внутренних болезней». Под редакцией Боткина выходила «Еженедельная клиническая газета» (1881–1889), в 1890 году переименованная в «Больничную газету Боткина». Учениками Боткина считали себя такие выдающиеся русские ученые как И. П. Павлов и В. А. Манассеин.
В 1861 году Боткин открыл при своей клинике первую в России бесплатную амбулаторию для клинического лечения больных. В 1878 году, будучи председателем Общества русских врачей в Петербурге, добился постройки бесплатной больницы, открытой в 1880 году. Больница, названная при открытии Александровской, сразу получила в Москве известность как Боткинская. Замечательная инициатива была подхвачена медицинскими обществами, и во многих крупных городах России возникли такие бесплатные больницы. При столь же деятельном участии Боткина в 1872 году открылись в Петербурге Женские врачебные курсы.
Во время русско-турецкой войны (1877–1878) Боткин был назначен лейб-медиком императора Александра II. Это дало ему возможность провести практически поголовную обработку войск хиной, что сняло возможность массовых заболеваний; развернуть полевые госпитали; добиться по-настоящему четкой работы всех медицинских подразделений.
После восьми месяцев, проведенных на войне, Боткин писал своей жене, умолявшей его вернуться в Петербург:
«…Не упрекай меня в донкихотстве; я стремился жить всегда в согласии с своей совестью, сам для себя не думая о педагогической стороне этого образа жизни; но теперь, не боясь упрека в самохвальстве, я все-таки имею отрадное сознание, что принес свою лепту для того хорошего нравственного уровня, на котором стояли наши врачи в течение этой кампании. Эту мысль я позволю высказать только тебе, зная, что ты не усмотришь в этом и следа самообольщения, которое мне не было и никогда не будет свойственно. Смотря на труд нашей молодежи, на их самопожертвование, на их честное отношение к делу, я не раз сказал себе, что не даром, не бесплодно терял я свои нравственные силы в различных испытаниях, которые устраивала мне судьба. Врачи-практики, стоящие на виду у общества, влияют на него не столько своими проповедями, сколько своей жизнью. Захарьин, поставивший своим идеалом жизни золотого тельца, образовал целую фалангу врачей, первой задачей которых – набить, как можно скорее, свои карманы. Если бы люди знали, что выполнение моего долга не связано было ни с какими для меня страданиями, мучениями, то, конечно, это выполнение долга и не имело бы ничего поучительного для других. Ты не поверишь, какое внутреннее презрение – нет не презрение, а жалость – внушают мне люди, не умеющие выполнять своего долга. Так смотрел я по крайней мере на каждого дармоеда, уезжавшего отсюда. Их было не так мало: ведь не у многих хватило сил вытерпеть теперешнюю жизнь безропотно и добросовестно относительно своего долга».
Боткин был первым русским врачом, занявшим место лейб-медика при российском императоре. До этого оно доставалось только иностранцам. Газеты, еще недавно поругивавшие при случае Боткина, теперь стали безмерно расхваливать нового академика, помещать его портреты. С семьей Александра II он побывал в Сорренто, в Риме, в Альбано, в Эмсе. Две зимы он провел с императрицей на побережье Средиземного моря, в Сан-Ремо.
Став в 1881 году гласным Петербургской городской думы и заместителем председателя думской Комиссии общественного здравия, Боткин положил начало санитарной организации Петербурга. Он ввел специальный институт санитарных врачей и положил начало бесплатной помощи на дому. Благодаря стараниям Боткина были организованы – Институт «думских» врачей, Институт школьно-санитарных врачей и Совет главных врачей петербургских больниц. О самом Боткине один из его коллег писал: «Как все люди сильные, он был нрава мягкого и уживчивого, и, весь поглощенный делом, не обращал внимания на житейские мелочи, избегал ссор и не любил праздных споров. Он, как малый ребенок, не знал цены деньгам; зарабатывая очень много своим трудом, он проживал почти все, тратя большие суммы на содержание семьи, на образцовое воспитание детей, на свою обширную библиотеку; жил просто, без излишеств, но хорошо, дом его всегда был открыт для близких знакомых, которых у него было не мало. Известно, что так же был открыт его кошелек для всяких благотворений, и едва ли кто-нибудь из обращавшихся за помощью уходил от него с отказом; по крайней мере, такова была репутация Боткина, потому левая его рука никогда не знала, что творит правая; а сам он никогда даже самым близким своим не обмолвился о своих тратах подобного рода…»
В 1886 году Боткин возглавил правительственную Комиссию по разработке мероприятий по улучшению санитарного состояния страны и снижению смертности в России.
К сожалению, смерть, случившаяся 24 декабря 1889 года, когда Боткин находился на отдыхе в Швейцарии, оборвала широкие планы замечательного ученого.
Академик Павлов, ученик Боткина, сказал, вспоминая учителя: