В отношении телесных наказаний Пирогов был последователем Дж. Локка, трактуя телесное наказание как унижение ребёнка, наносящее непоправимый ущерб его нравственности, приучающее его к рабскому повиновению, основанному лишь на страхе, а не на осмыслении и оценке своих поступков. Рабское повиновение формирует натуру порочную, ищущую возмездия за свои унижения. Н. И. Пирогов полагал, что результат обучения и нравственного воспитания, действенность методов поддержания дисциплины определяются объективной по возможности оценкой учителем всех обстоятельств, вызвавших проступок, и назначением наказания, воспитывающего его. Он считал, что иначе оно тормозит нравственное воспитание детей, сужает их кругозор; осуждал произвол, казарменный режим в учебных заведениях, бездумное отношение к детям.
Он считал, что гуманное отношение к ребенку основное условие развития детской личности: «Ничто так не способствует развитию самых драгоценных свойств человеческой натуры, мысли и слова, как гуманизм», утверждал педагог Подьём человеческого достоинства ребенка, предотвращение его унижению поможет избежать негативных качеств характера. Гуманизмом и любовью пронизано обращение к меценатам: «Теперь, когда мы, кажется, начинаем уже серьезно убеждаться, что настоящего прогресса можно достичь одним единственным путем воспитания, теперь, говорю, кто по-настоящему любит Родину, для кого грядущее и потомки составляют идею земного бессмертия, тот должен и милосердие посвятить исключительно детям. Дети вот современная специальность для наших благодетелей».
Николай Иванович указывал, что основанием последующего профессионального образования должно быть широкое общее образование; предлагал привлечь к преподаванию в высшей школе крупных учёных, рекомендовал усилить беседы профессоров со студентами; боролся за общее светское образование; призывал уважать личность ребёнка; боролся за автономию высшей школы на формирование нравственных убеждений, воли, чувства гражданской ответственности и осознание необходимости самовоспитания, т.е. глубокое освоение гуманистического потенциала человека, тех общечеловеческих ценностей, которые составляют суть человеческого в человеке.
В России его идеи послужили источником дальнейшего творчества и практической деятельности в педагогике. В работе «Вопросы жизни» Н. И. Пирогов обосновал гуманистическую идею воспитания истинного человека-гражданина, которую он стремился реализовать в своей административной, научно-теоретической и педагогической деятельности. При этом считал хорошую дисциплину одним из важнейших условий успеха обучения и нравственного воспитания.
В своей статье «Нужно ли сечь детей, и сечь в присутствии других детей?» (1858), которая явилась откликом на служебный отчет директора гимназии Одесского учебного округа, Н. И. Пирогов принципиально осудил телесные наказания детей и горячо доказывал, что применение розог антипедагогично, что телесные наказания уничтожают в ребенке стыд, развращают детей и должны быть отменены.
Гуманизм педагога прослеживался и в личностно-ориентированном подходе к каждому ребенку. Он подчеркивал: «Главная задача педагогики состоит в том, чтобы, пользуясь естественной склонностью человека, живущего в обществе, дать надлежащее направление и направлять его к развитию чувства законности, правды и чести». Вслед за многими мыслителями Н. И. Пирогов считал двойственность человека следствием его биологической и общественной природы. Он утверждал, что каждой личности свойственна постоянная борьба внутренней и внешней природы. Воспитание оказывается единственно приемлемым способом привести в гармонию природное и общественное в человеке: «Только то воспитание сулит наиболее шансов на успех, в котором воспитатели сумеют приспособиться к индивидуальности своих воспитанников и её приспособить к жизни» Педагогика должна научиться вникать в мир детства, сообразовываясь со способностями воспитанника то развивая, то обуздывая их. Он придавал большое значение развитию у учащихся наблюдательности, добивался, чтобы учителя во время преподавания держали класс в постоянном напряжении и обращались к каждому учащемуся с наводящими вопросами, организовывал литературные беседы и вечера, отстаивая свободу мысли и самостоятельность учащихся.
Он противопоставил официальному курсу образования идею общечеловеческого воспитания, которое должно подготовить к общественной жизни высоконравственного человека с широким умственным кругозором. Редкий человек, считал Н. И. Пирогов, осознанно ставит перед собой жизненные цели. Между тем каждый должен задать себе вопрос, в чем смысл, предназначение и призвание его жизни. Ответ должно дать воспитание.
Пирогов выделял два рода воспитания общечеловеческое и специальное, которое наступает после общечеловеческого.
Таким образом, главное это нравственное воспитание, которое осуществляется благодаря: во-первых, это помощь ребёнку в осознании окружающего мира и общественной среды, во-вторых, при превращении «добрых инстинктов» в сознательную тягу к идеалам добра и правды, в-третьих, при формировании характера и убеждений.
К личности преподавателя Н. И. Пирогов предъявлял высокие нравственные требования. Педагог должен нести ответственность за результаты обучения. Николай Иванович считал, что занятия, которые не обеспечивают основательных и прочных знаний, расценивал не только как бесполезные, но и как вредные для дела воспитания. Они способствуют развитию верхоглядства и легкомысленного отношения к науке и делу вообще. Важно, почувствовать в процессе обучения вкус, влечение к работе. Чтобы обеспечить это, необходимы, с его точки зрения, два условия: доступность предлагаемого материала и высокое искусство преподавания. Основой методического искусства Н. И. Пирогов считал умелое сочетание наглядности и слова.
В трудах Николая Ивановича, как педагога-медика, были изложены идеи по методике преподавания. Так при преподавании курса оперативной хирургии и топографической анатомии Н. И. Пирогов использовал совершенно новую и наглядную методику: «Я днем изготовлял препараты обыкновенно на нескольких трупах, демонстрировал на них положение частей какой-либо области и тут же делал на другом трупе все операции, производящиеся на этой области, с соблюдением требуемых хирургической анатомией правил. Этот наглядный способ заинтересовывал слушателей; он для них был нов, хотя почти все слушали курсы и в заграничных университетах». Н. И. Пирогов был у истоков анатомо-физиологического направления в отечественной хирургии, что потребовало изменения организации учебного процесса на медицинских факультетах.
Интересна была заметка «О врачах-педагогах» (1859). Некто господин К. прислал Пирогову письмо о целесообразности использования врачей в школьном обучении. Пирогов посчитал такую практику очень полезной, но не только для более четкого обучения анатомии и физиологии, но и: «Есть еще одна важная сторона воспитания в закрытых заведениях, которая доступна исключительно только одним врачам. Это пороки чувственности, до того скрытые в наших заведениях, что начальники едва подозревают об их существовании. И так врач при закрытом заведении мог бы в одно и то же время быть с пользою и надзирателем за нравственной стороной учащихся, и преподавателем энциклопедии медицинских наук в высших классах, и врачом гимназической больницы». Вот так в нескольких словах Пирогов определил проблему сексуального воспитания школьников, заботу об их физическом здоровье и квалифицированном преподавании анатомии и физиологии.
Он искренне стремился к осуществлению в нашей стране всеобщего обучения, он защищал право на полноценное образование не только русских людей, но, и самых угнетенных наций, населявших Россию. Своим изложением «философии» жизни, разоблачая пошлость, язвы и пороки, служившие предметом изображения и в нашей могучей, исключительной по своим моральным тенденциям художественной литературе XIX в., Н. И. Пирогов вместе с тем показал бессилие школы и воспитания его времени в деле преобразования общества на каких бы то ни было разумных началах.
Результаты деятельности Н. И. Пирогова на посту попечителя сначала Одесского, а после отставки с этой должности попечителя Киевского учебного округа отмечался мощный личный вклад Пирогова, как он сам себя называл «попечителя-миссионера», в развитие просвещения и образования на территории этих учебных округов. По мнению А. А. Мусина-Пушкина: «это был редкий Попечитель вдумчивый философ, всегда проводивший серьезную педагогическую реформу, заранее всесторонне продуманную, являющуюся результатом не случайной мысли, а целой педагогической системы, неукоснительно им проводимой».