Вторая проблема явилась постоянным предметом его научных изысканий,- это проблема опухолей центральной нервной системы.

Труды Н.Н.Бурденко и его школы имеют принципиальное и практическое значение в мозговой онкологии как в выработке приёмов тонической диагностики заболеваний центральной нервной системы и в установлении классификаций и форм опухолей, так и в разработке методики и техники оперативного лечения опухолей и послеоперационного ведения нейрохирургических больных. В своих работах и лекциях Николай Нилович всегда подчёркивал основные принципы нейрохирургических операций: «анатомическая доступность, техническая возможность и физиологическая дозволенность, наименьшая травматизация мозговой ткани и тщательнейший гемостаз».

Считая идеалом хирургического лечения радикальное удаление опухоли мозга, Н. Н. Бурденко подчёркивал, что в ряде случаев местоположение опухоли, близость её к жизненно важным центрам, малая доступность заставляют индивидуализировать оперативное вмешательство.

Николай Нилович добился того, что операции при опухолях третьего и четвёртого желудочков мозга перестали быть казуистическим эпизодом в нейрохирургии, а стали определённой формой классических операций.

Н.Н. Бурденко изучал также опухоли гипофиза, причём испробовал различные подходы к придатку мозга: трансфеноидальный, с временной резекцией носа; интракраниальный с лобным и лобно-височным подходами к гипофизу.

Оперативное лечение опухолей мозга тесно связано с отёком последнего. Отёк, как правило, сопровождает всякую операцию на мозгу, а в послеоперационном периоде прогрессивное развитие явлений отёка мозга – почти неизбежно. Главная задача нейрохирурга – планомерно бороться с этим тяжким послеоперационным осложнением, в ряде случаев приводящим к смертельному исходу.

В клиниках, руководимых Н.Н. Бурденко, велись систематические наблюдения за всей динамикой отёка мозга, за развитием локальных и общемозговых явлений в до- и послеоперационном периоде, за влиянием на отёк различных фармацевтических средств. Николай Нилович привлекал к изучению диагностики опухолей головного мозга и особенно тонической её стороны, не только невропатологов, но и отоневрологов, офтальмологов, и, особенно психиатров. Клиническое изучение ввелось параллельно с физиологическими наблюдениями над функцией центральной нервной системы и изучением морфологии и гистогенеза опухолей. Гистологическое исследование кусочков ткани удаляемой опухоли мозга (в момент самой операции), введённое Бурденко в Институте нейрохирургии ещё в 1934г. , нередко разрешало вопрос о злокачественном или доброкачественном характере опухоли и тем самым определяло дальнейшую оперативную тактику хирурга. Этот метод остался жизненным и по настоящее время.

Онкологическая проблема разрабатывалась Николаем Ниловичем и его школой по разделам оболочечных опухолей (арахноидондотелиом), опухолей слухового нерва, третьего и четвёртого желудочков мозга височных долей, а также, туберкулеза головного мозга, цистециркоза центральной нервной системы, фиброзных остеодистрофий черепа и др.

В 1935 г. Н.Н. Бурденко впервые осуществил тончайшую операцию – бульботомию, т.е. перерезку экстрапирамидного пути в продолговатом мозгу (на уровне середины оливы, в щели между корешками блуждающего и добавочного нервов). Эта операция была применена у паркинсоников и при гиперкинезах примерно у 50 больных и дала в ряде случаев положительный результат.

Лежащий в основе данной операции (по Бурденко- Колосовскому) принцип перерезки проводящих путей в продолговатом мозгу положил начало оперативным вмешательствам подобного рода, предложенным в дальнейшем Шоквистом, Шварцем, Грандом и др. по поводу различных заболеваний центральной нервной системы.

Патологии ликворообращения в мозгу и оперативному вмешательству по поводу водянки головного мозга посвящено до 40 работ, вышедших из Института нейрохирургии и факультетской хирургической клиники 1-го Московского медицинского института; пять из них стали диссертационными.

В клиниках Николая Ниловича Бурденко в Москве подверглось операции свыше двухсот больных водянкой головного мозга, причём были испробованы самые разнообразные методы оперативного лечения этого страдания. Николай Нилович внёс в эти методы свои модификации и утвердил некоторые из них в лечебной практике, как, например, сальниковый дренаж при сообщающейся водянке и прокол передней стенки третьего желудочка при закрытой водянке.

Изучение патологии ликворообращения пролило свет на различные стороны физиологии ликворной системы, на вопросы секреции. резорбции и путей ликворотока. Основываясь на работы своих учеников, Николай Нилович предложил новый путь для оттока ликвора – из задней черепной ямки в субарахноидальные пространства большого мозга через окно в tentorium`е.

Перечисляя различные факторы, способствующие возникновению припадков эпилепсии, Николай Нилович писал, что мозговая ткань на всякие вредности отвечает отёком и набуханием. Этот фактор патологии ликворообращения общего и местного характера безусловно имеется при заболевании эпилепсией, только ему не всегда уделяется достаточное внимание. Н.Н. Бурденко не успел развернуть изучение этой проблемы.

Патология вегетативной нервной системы, взаимосвязь её с корой головного мозга, а также значение последних в регуляции вазомоторных, трофических и всех метаболических процессов внутренних органов и тканей организма долгое время были в центре внимания Н.Н.Бурденко. Его совместные с Б.Н. Могильницким опыты по разрушению дна третьего желудочка у собак и получению язвенных процессов в желудке и двенадцатиперстной кишке чередовались с опытами, при которых повреждалось солнечное сплетение, пересекался пограничный симпатический ствол в грудном отделе, разрушались якобсоновские центры в грудном отделе спинного мозга. Эти опыты, вызывавшие различные трофические изменения в слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта, находили прямой отклик в клинических наблюдениях.

В своих работах и лекциях Николай Нилович неоднократно указывал, что в научно-исследовательской работе должно быть постоянное единение теории и практики. Лишь, исходя из положения, что все функции нашего организма регулируются нервной системой, в нейрохирургии можно ближе всего подойти к правильному изучению физиологии человека.

Велики заслуги Н.Н. Бурденко в военно-полевой хирургии, где он был прямым продолжением идей Пирогова, которого он высоко чтил и заветам которого неизменно следовал. В мировую войну 1914-1918 г.г, он сделал свыше двух тысяч операций только раненным в голову. В то время он проводил в жизнь принцип специализации военных госпиталей (черепной, лёгочной, брюшной) вопросы этапного лечения раненых. На фронте предложил первичный глухой шов при черепно-мозговом ранении применил свой метод пластики твёрдой мозговой оболочки , при ранениях сагиттального синуса. Тогда же поднимался вопрос о предохранительных прививках противостолбнячной сыворотки, что и было проведено в жизнь.