«Топографическая анатомия, иллюстрированная разрезами, проведенными через замороженное тело в трех направлениях» начала выходить отдельными выпусками в 1851 году и была полностью закончена в 1859 году. Создание атласа распилов, завершившее исполинский труд Пирогова, явилось истинным торжеством русской медицинской науки: ни до него, ни после не было создано ничего, равного этому атласу по идее и ее осуществлению. Топография органов представлена в нем с такой исчерпывающей полнотой и ясностью, что пироговские данные всегда будут служить отправным пунктом для многочисленных исследований в этой области. Как справедливо пишет академик Е. Н. Павловский, «основы, возведенные Пироговым, остаются и останутся незыблемыми при всем техническом прогрессе современной и будущей хирургии».
Атлас распилов, выполненный Пироговым, является сегодня основой для томографии - метода диагностики опухолей в органах в начале развития.
В области патологической анатомии Пирогов был также одним из крупнейших исследователей. Возглавив руководство госпитальной хирургической клиникой, работа в которой требовала много времени и труда, Пирогов принял на себя чтение курса патологической анатомии, причем в период своей профессуры вскрыл (по словам И. В. Бертенсона) 11600 трупов, составив при этом подробный протокол каждого вскрытия.
За классическое исследование «Патологическая анатомия азиатской холеры, с атласом» (С.-Петербург, 1849), основанное на 400 (с лишним) вскрытиях, Пирогов получил полную демидовскую премию. В отзыве академика К. Бера на этот труд дана такая характеристика: «...В особенности по причине... строго-науковой методы и прямой любви к истине должно назвать это сочинение образцовым, потому что оно принадлежит такой именно области, в которой довольно редко наблюдается ход науки».
Насколько сильное впечатление оставляли у присутствовавших вскрытия, производившиеся Пироговым, видно из воспоминаний известного казанского фармаколога И. М. Догеля, решившего стать медиком после посещения такого вскрытия. Догель пишет: «Вся эта обстановка и в особенности строго серьезное отношение к делу или, лучше сказать, сильное увлечение самого профессора своим предметом так подействовало на меня, что я окончательно решил посвятить себя изучению медицинских наук».
Вопросы, касающиеся развития воспалительного процесса, Пирогов изучал настолько глубоко, что был вооружен достаточно сильными аргументами, направленными против клеточной патологии Вирхова. Он подверг это учение основательной критике, подчеркивая ведущую роль в развитии воспаления нервной системы.
