К началу Первой мировой войны Бурденко был уже крупным хирургом. Сразу после объявления войны Бурденко сформировал хирургический отряд и отправился на театр военных действий. Вскоре он был назначен хирургом-консультантом армии. Особенно примечательным является организация в Жирардове госпиталя для нейрохирургических раненых. Эта работа явилась началом широкой хирургической деятельности Бурденко и его выдающихся открытий по вопросам лечения ранений мозга. В то время 50% раненных в мозг погибало на полях сражения, 35% — погибало от последующих осложнений. В Жирардове и Риге Бурденко организовал лазареты для раненых в голову, через которые прошло 3864 человека, 86 из них не подлежало операции.
Профессор Бурденко предложил открытый метод лечения ран мозга, который должен быть назван его именем. При открытом лечении смертность составила 24,2%, то есть не больше, чем при закрытом методе, примененном Кушингом в 1919 году на Западном фронте. Но Кушинг оперировал небольшую группу раненных с ограниченной зоной поражения мозга и в ранние сроки. Открытый метод лечения черепномозговых ранений Бурденко считал основным. Первичный шов на рану пришлось применить только в 12 случаях.
В Первую мировую войну организация помощи раненым была настолько плоха, что Россия оказалась перед опасностью нехватки людских резервов, так как процент возврата в строй не превышал 50 процентов. Чудовищные цифры говорят об отношении к солдатам, которые иначе чем пушечное мясо не воспринимались. Его отчеты по японской войне, появившиеся в 1914 году, лежали под спудом военно-санитарного ведомства, которое не обладало таким творческим импульсом, чтобы оно могло широко развернуть громадную работу в недрах своего ведомства по организации подготовки к будущей войне; оно не вырабатывало программ, не подбирало персонал.
В мае 1917 года Бурденко сделал доклад на совещании губернских, областных, фронтовых и армейских врачебно-санитарных представителей. Он дал глубокий анализ причин неудовлетворительной постановки военно-санитарной службы русской армии в японскую и в Первую мировую войну. «Наше военно-санитарное ведомство, — говорил он, — нелегко разделить от участи всех учреждений бюрократического строя петербургского периода русской истории…»… далее
М.С. Шойфет, «Сто великих врачей»