Сам святитель так подвел итог своей работы в любажской больнице: «Чрезмерная слава сделала мое положение в Любаже невыносимым. Мне приходилось принимать амбулаторных больных, приезжавших во множестве, и оперировать в больнице с девяти часов утра до вечера, разъезжать по довольно большому участку и по ночам исследовать под микроскопом вырезанное при операции, делать рисунки микроскопических препаратов для своих статей, и скоро не стало хватать для огромной работы и моих молодых сил».

В период работы в Курской области (с 1905 по 1908 год) хирург Войно-Ясенецкий выполнил более 1500 сложнейших операций, обобщил ряд хирургических случаев и опубликовал свои первые научные статьи: «Невроматозный элефантиаз лица, плексиформная неврома», а также «Ретроградное ущемление при грыже кишечной петли». В 1907 году Валентин Феликсович был переведен в Фатеж, где заведовал более крупной больницей на 60 коек, и проработал там недолго. Именно в Фатеже в семье родился первенец — сын Михаил. Известно, что в это время святитель посещал глинскую Рождество-Богородицкую и Коренную общежительную пустынь, где имел долгие беседы с настоятелем пустыни игуменом Исаией. Настоятель показывал ему монастырскую больницу, аптеку с запасом медикаментов и хирургических инструментов.

Из Фатежа Войно-Ясенецкие переехали в начале 1908 года на Украину в город Золотоношу. Там в семье родился второй ребенок — дочка Елена. О работе в этом городе Войно-Ясенецкого в качестве врача в амбулатории нет никаких сведений, но известно, что в августе 1908 года, оставив семью на Украине, Валентин Феликсович едет в Москву. Поездка туда была мотивирована научным интересом Войно-Ясенецкого: во время работы в земствах перед ним остро встала проблема операций под местным наркозом, повлияла и новая в то время книга немецкого профессора Г. Брауна «Местная анестезия, ее научное обоснование и практические применения». Святитель вспоминал: «Я с жадностью прочел ее и из нее впервые узнал о регионарной анестезии, немногие методы которой весьма недавно были опубликованы. Я запомнил, между прочим, что осуществление регионарной анестезии седалищного нерва Браун считает едва ли возможным. У меня возник живой интерес к регионарной анестезии, я поставил себе задачей заняться разработкой новых методов ее». И вот в сентябре 1908 года Войно-Ясенецкий поступает в экстернатуру при Московской хирургической клинике известного профессора — хирурга П.И. Дьяконова.

Оказалось, что профессор Дьяконов ничего не слышал и не знает об этой теме, но с радостью одобрил работу над ней Валентина Феликсовича. В результате кропотливой и упорной работы появились ценные научные результаты. Но финансовые трудности заставили прервать научную работу и продолжить практическую хирургию в земствах. Семья Войно-Ясенецких отправилась в Саратовскую губернию.

В 1909 году Валентин Феликсович уехал в село Романовка Балашовского уезда Саратовской губернии. Здесь он принял больницу на 25 коек. Участок Романовской волости был самым большим в губернии, соответственно этому рост числа заболеваний и госпитализированных больных был значительно выше, чем в других волостях. Молодой и энергичный главврач был единственным хирургом в больнице. На собственные средства он купил микроскоп и после операций готовил и исследовал препараты тканей. В районных больницах этим будут заниматься уже в послевоенные годы; В.Ф. Войно-Ясенецкий делал это в 1909 году.

Переславль-Залесский

В 1909 году Войно-Ясенецкий становится главным врачом городской больницы в Переславле-Залесском, где на 30 койках без электричества, водопровода, рентгеновского аппарата ему удается за год выполнить более 1000 стационарных и амбулаторных операций (такой объем работ выполняют сейчас за год бригады из шести-семи хирургов; при этом для оказания подобной широты операционной помощи понадобятся врачи не менее шести или семи хирургических специальностей). С 1913 года здесь же он начинает заведовать госпиталем для раненых, проводя самые сложные хирургические вмешательства.

В годы Первой мировой войны В.Ф. Войно-Ясенецкий оперировал не только гражданских больных, но и военных, в том числе и раненых пленных. В связи с условиями военного времени в 1914 году больница работала напряженно. «В течение года поступило 1464 больных, 74 из них умерло, 22 после хирургических операций, 52 в терапевтическом отделении. Всего 5 % летальности — это небольшой процент, учитывая военное время. Число коек в больнице увеличилось в 1914 году до 84, вследствие открытия заразного лазарета на 16 коек для раненых, поступивших с театра военных действий», — вспоминает Валентин Феликсович. Несомненно, В.Ф. Войно-Ясенецкому в научной и практической хирургической работе помогали его поразительное чувство осязания и талант художника. Очевидцы рассказывают, что действия его как хирурга были необыкновенно точны, соразмерны и виртуозны. «Тончайшее чувство осязания, очевидно, было врожденным у отца. Он как-то, беседуя с нами, его детьми, на эту тему, решил доказать нам это «на деле“. Сложил десять листков тонкой белой бумаги, а затем попросил давать задания: одним взмахом острого (это было обязательным условием!) скальпеля разрезать любое количество листков. Опыт оказался весьма удачным. Мы были поражены!» — позднее рассказывал его сын Михаил.

Из медицинских отчетов того времени видно, что часто услугами хирурга В.Ф. Войно-Ясенецкого пользовались семьи священников, а также насельники Переславских монастырей и монахини Федоровского монастыря, стоящего недалеко от земской больницы.

Продолжает святитель трудиться и над разработкой нового метода местного обезболивания. В 1915 году монография «Регионарная анестезия» под фамилией В.Ф. Войно-Ясенецкого вышла в свет, а в 1916 году автор защитил ее как диссертацию на степень доктора медицины. Работа над диссертацией заняла у него всего восемь месяцев. После блестящей защиты докторской диссертации ему было присвоено звание доктора медицины и вручена награда Варшавского университета за лучшее сочинение, пролагающее новые пути в медицине. И книга, и диссертация получили высочайшие оценки. Известный ученый профессор Мартынов в официальном отзыве как оппонент писал: «Мы привыкли к тому, что докторские диссертации пишутся обычно на заданную тему с целью получения высших назначений по службе, и научная ценность их невелика. Но когда я читал Вашу книгу, то получил впечатление пения птицы, которая не может не петь, и высоко оценил ее». В диссертацию «Регионарная анестезия» были включены отчеты о деятельности Переславской земской больницы, отличные иллюстрации и фотографии (фотографированием святитель начал увлекаться в Переславле).

Занимаясь исследованием и внедрением в практику регионарной анестезии, Валентин Феликсович в это же время задумал изложить свой опыт работы в книге, которую решил озаглавить как «Очерки гнойной хирургии». Вот что вспоминает об этом сам святитель: «…в Переславле пришло мне на мысль изложить свой опыт в особой книге — «Очерки гнойной хирургии“. Я составил план этой книги и написал предисловие к ней. И тогда, к моему удивлению, у меня появилась крайне странная неотвязная мысль: «Когда эта книга будет написана, на ней будет стоять имя епископа“. Быть священнослужителем, а тем более епископом мне и во сне не снилось, но неведомые нам пути жизни нашей вполне известны Всеведущему Богу уже когда мы во чреве матери. Как увидите дальше, уже через несколько лет стала полной реальностью моя неотвязная мысль: «Когда эта книга будет написана, на ней будет стоять имя епископа“».

В Переславле-Залесском в 2001 году в память о деятельности В.Ф. Войно-Ясенецкого на здании переславской больницы была открыта мемориальная доска: «Здесь, в бывшей земской больнице, в 1910–1916 гг. работал главным врачом и хирургом профессор медицины святитель Лука, архиепископ Крымский (Валентин Феликсович Войно-Ясенецкий) 27.04.1877–11.06.1961».