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, 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 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 Николая Ивановича, 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».
Когда в 1861 году Порогов был уволен с должности попечителя, прогрессивная общественность Киева устроила ему торжественные проводы. Правительство дважды обращалось к Николаю Ивановичу с предложениями послужить на педагогическом поприще. Сначала новый министр народного просвещения А. В. Головнин предложил Н. И. Пирогову провести своеобразную ревизию постановки учебного процесса на медицинских факультетах российских университетов, с целью совершенствования этой деятельности. Но этот проект так и не был реализован. А вот другое предложение оказалось принятым. И оно знаменовало начало «университетского» периода развития философско-педагогической системы Н. И. Пирогова, охватывающего время с 1862 по 1866 годы.
Когда в 1861 году Порогов был уволен с должности попечителя, прогрессивная общественность Киева устроила ему торжественные проводы. Правительство дважды обращалось к Николаю Ивановичу с предложениями послужить на педагогическом поприще. Сначала новый министр народного просвещения А. В. Головнин предложил Н. И. Пирогову провести своеобразную ревизию постановки учебного процесса на медицинских факультетах российских университетов, с целью совершенствования этой деятельности. Но этот проект так и не был реализован. А вот другое предложение оказалось принятым. И оно знаменовало начало «университетского» периода развития философско-педагогической системы Н. И. Пирогова, охватывающего время с 1862 по 1866 годы.
Этот период был посвящен распространению идей и взглядов, наработанных мыслителем в предыдущий период преимущественно на сферу высшего образования. В марте 1862 года он был направлен в Германию руководителем группы молодых ученых «для исполнения разных трудов по учебной и педагогической части». Правительство сделало вид, что оно намерено использовать опыт Пирогова как педагога, и назначило его руководителем молодых людей, подготовлявшихся за границей к профессуре.
Главное поручение министра народного просвещения состояло «в руководстве и направлении молодых людей, готовящихся к профессорской деятельности». Своей резиденцией Пирогов выбрал Гейдельберг. И здесь Н. И. Пирогов проявил свои способности и столь присущую ему ответственность. Он посетил свыше 20 европейских университетов, ознакомился с построением в них образовательного процесса. Умело направлял научную работу молодых ученых и поддерживал их стремления и начинания. Он часто повторял своим коллегам, что без лекций нет профессора, лекции препятствуют научному застою, они будоражат мысль, увлекают ее и обогащают. Н. И. Пирогов учил молодых профессоров постоянной активности в науке: ученый всегда должен стремиться к новому, к открытиям, к кипучей деятельности. Он говорил, что учиться надо по призванию, но даже окончив университет, необходимо постоянно совершенствовать свои знания. Его опыт и мудрость помогали им за границей, как никогда. Многие беседы Николая Ивановича, дополненные размышлениями о педагогической деятельности в германских и отечественных университетах, составили своеобразный цикл «Писем из Гейдельберга», проникнутых гуманизмом и свободомыслием, а также наблюдательностью по отношению к передовому преподаванию в Германии.
В организации учебно-воспитательного процесса в вузах Н. И. Пирогов много внимания уделял содержанию и методам обучения. Он призывал развивать у студентов самостоятельность путем приобщения их к науке, к методам и способам, которыми современная наука доходит до конечных результатов. Развитие активности студентов в научной деятельности возбуждает критичность и самостоятельность мысли, интерес к науке, укрепляет доверие между студентами и преподавателем. Вместе с тем, Н. И. Пирогов большое внимание уделял самостоятельной работе преподавателей над повышением уровня знаний и творческим совершенствованием их педагогического мастерства. Он говорил, что только в практической учебно-воспитательной работе, только становясь воспитателем, педагог может сам воспитываться. Свои педагогические идеи и взгляды в области высшего образования Н. И. Пирогов неуклонно претворял в жизнь. На протяжении всей своей жизни, Пирогов непрестанно прилагал все усилия к тому, чтобы создать для высшей и средней школы такие условия, которые всемерно воздействовали бы росту науки и культуры и устраняли бы всё, что мешало развитию самостоятельной русской науки.
Так нобелевский лауреат И. И. Мечников отмечал, что Н. И. Пирогов не только выполнял свои обязанности, часто выезжая в другие города, где учились кандидаты, но и оказывал им и членам их семей любую, в том числе медицинскую, помощь. Тогда же Николай Иванович успешно оперировал Джузепе Гарибальди, чем спас ему ногу и, скорее всего, жизнь.
После этого случая, вызвавшего фурор в Петербурге, произошло покушение на Александра II нигилистов (1966), восхищавшихся Гарибальди, и, главное, что это не понравилось австрийскому правительству. Началась смена политического курса, связанного с постепенным сворачиванием реформ и «Красный» Пирогов был отозван в Россию с освобождением от исполнения служебных обязанностей. По представлению министра образования Д. А. Толстого, в 1867 г. Пирогов был отправлен в отставку. но при этом был сохранён статус чиновника и ранее назначенная пенсия.