Флоренс отправилась в Крым во главе группы из 38 медсестер. Правительство ее величества поставило перед ними задачу: попытаться помочь раненым. И Флоренс справилась — использовав свой здравый смысл, обычное сострадание и научные методы. С самого начала она дала понять, что не будет мешать работе врачей и, напротив, отнесется с уважением к их методам и знаниям. Она не внедрила меры гигиены для защиты от микробов — в то время работы Пастера еще не были написаны, кампания Земмельвайса по борьбе с инфекцией еще не началась, а о микробах было мало что известно. Однако Флоренс применяла индивидуальный и гуманный подход к больным и поддерживала чистоту, не обращая внимания на возражения неквалифицированных медсестер и общую небрежность работников госпиталей.
До Флоренс обычным считалось, когда легкораненые помогали тяжелораненым, а у многих пациентов не было даже нормальной постели.
Армейский госпиталь находился в Ускюдари, вдали от фронта, и представлял собой огромное скопление грязных бараков, операционные столы были установлены прямо посреди палат для раненых, здесь не было ни кухонь, ни прачечных. Все медикаменты и оборудование проходили через руки неторопливой военной бюрократии — сперва они тщательно осматривались, после чего, неизменно с опозданием, отправлялись на фронт. Разумеется, медсестер в госпиталях не было, врачей не хватало. В столь ужасных условиях пышным цветом цвели холера, тиф и дизентерия, а немытые больные, у которых не было даже простыней, лежали в военной форме, пропитанной кровью и нечистотами.
Там, в госпитале Ускюдари, родилась легенда о леди со светильником: представьте, какой виделась раненым, лежавшим в полубессознательном состоянии, женщина с простым светильником в руках, которая среди ночи совершала обход, успокаивала больных и дарила им тепло, в котором они так нуждались. У леди со светильником не было пенициллина, но теплоты и сострадания ко всем было в избытке. Флоренс вернулась из Турции, больная бруцеллезом (так называемой мальтийской лихорадкой), и, вооруженная неопровержимой статистикой, начала борьбу за улучшение полевых госпиталей. Военные чиновники, возмущенные тем, что кто-то осмелился сунуть нос в их дела, прозвали Флоренс Найтингейл «женщиной с молотком», но она продолжала свои реформы.
В результате предпринятых мер смертность снизилась. Однозначных цифр по этому поводу не приводится, но снижение смертности было заметным: в некоторых источниках приводится цифра в 40 %, возможно, преувеличенная. Флоренс вернулась на родину, и ей удалось добиться создания комиссии по реформе военных госпиталей. С одной стороны, Флоренс пользовалась мощной политической поддержкой: вопросом заинтересовались сама королева Виктория, ее муж, принц Альберт, и премьер-министр лорд Палмерстон. Интерес монарших особ к этой теме не столь необычен, как может показаться: королева, не обращая внимания на советы приближенных, сама впервые воспользовалась анестезией при родах, сочтя бессмысленной религиозную болтовню о том, что женщина обречена в муках рожать детей.
Вторым подспорьем Флоренс была статистика. Она с безукоризненной тщательностью рассмотрела и классифицировала собранные данные, после чего представила их в виде четких и простых рисунков и графиков — разновидности современных круговых диаграмм. Опираясь на эти графики, Флоренс доказала необходимость реформ даже самым упрямым своим противникам. Ее способности анализировать данные, собирать их, составлять таблицы, наглядно представлять и интерпретировать стали притчей во языцех. Со временем Флоренс даже разработала таблицы для сбора данных, которые сотрудники госпиталей должны были заполнять для последующего расчета статистических показателей и принятия практических решений.
В 1858 году Флоренс Найтингейл была избрана членом Королевского статистического общества (и стала первой женщиной, удостоенной подобной чести), в 1874 году — членом Американской статистической ассоциации.
Основное внимание она уделяла созданию современного сестринского дела (Флоренс считала, что медсестры должны обладать особой подготовкой и дополнять врачей в лечении пациентов), реформе учреждений по поддержке бедных, статистическому изучению рождаемости и смертности, а в долгосрочной перспективе — борьбе с периодическим голодом в Индии.
В 1883 году королева Виктория удостоила Флоренс Найтингейл Королевского красного креста. В 1901 году исследовательница ослепла. В 1907 году король Эдуард VII наградил ее Орденом Заслуг — особой наградой, важной еще и потому, что Флоренс стала первой женщиной, получившей этот орден. Позднее его были удостоены Маргарет Тэтчер, Джоан Сазерленд, мать Тереза и еще несколько женщин.