Когда началась русско-турецкая война, Александр II сменив гнев на милость, вновь призвал прославленного хирурга присоединиться к участию в кампании. Пирогов выставил условия – он будет заниматься организацией военных госпиталей, если ему не будут мешать. Император согласился с этими требованиями. В Болгарии профессор занимался организацией военных госпиталей. За три месяца доктор преодолел 700 км, посетил 20 населенных пунктов. За свои труды Пирогов получил поистине царскую награду. Ему пожаловали орден Белого орла, золотую табакерку с бриллиантами, на которой красовался портрет Александра II.
Но даже собственную смерть он сумел поставить на службу науке. Незадолго до кончины ученый сделал еще одно открытие – предложил совершенно новый способ бальзамирования умерших. Знаменитый доктор скончался от злокачественной опухоли, возникшей на слизистой ротовой полости зимой 1881 года в своём имении Вишня. Он умер на руках у любимой жены, жалея только о том, что еще так много не успел сделать.
В километре от имении в церкви-усыпальнице покоится забальзамированное тело выдающегося хирурга. Предварительно было получено разрешение от церковных властей, «учтя заслуги Н. И. Пирогова как примерного христианина и всемирно известного учёного, разрешили не предавать тело земле, а оставить его нетленным, «дабы ученики и продолжатели благородных и богоугодных дел Н. И. Пирогова могли лицезреть его светлый облик».