Болгарию в августе 1877 года, во время русско-турецкой войны,
он вспомнил о Пирогове как о несравненном хирурге и лучшем организаторе медицинской службы на фронте. Несмотря на свой пожилой возраст (тогда Пирогову исполнились уже 67 лет), Николай Иванович согласился отправиться в Болгарию при условии, что ему будет предоставлена полная свобода действий. Его желание было удовлетворено, и 10 октября 1877 года Пирогов прибыл в Болгарию, в деревню Горна-Студена, недалеко от Плевны, где располагалась главная квартира русского командования.
Пирогов организовал лечение солдат, уход за ранеными и больными в военных больницах в Свиштове, Згалеве, Болгарене, Горна-Студена, Велико-Тырново, Бохот, Бяла, Плевне. С 10 октября по 17 декабря 1877 года Пирогов проехал свыше 700 км на бричке и санях, по территории в 12 000 кв. км., занятой русскими между реками Вит и Янтра. Николай Иванович посетил 11 русских военно-временных больниц, 10 дивизионных лазаретов и 3 аптечных склада, дислоцированных в 22 разных населённых пунктах. За это время он занимался лечением и оперировал как русских солдат, так и многих болгар.