У 1902 році Микола Стражеско складає іспит на ступінь доктора наук і два роки працює в Петербурзі під керівництвом академіка Івана Павлова, а в 1904 році успішно захищає докторську дисертацію у Військово-медичній академії і отримує ступінь доктора медицини.

Микола Стражеско за п’ять років проходить прекрасну підготовку в клініках Києва, Парижа, Берліна, Санкт-Петербурга. У 1905 році його затверджують на посаді штатного ординатора терапевтичної факультетської клініки Університету Святого Володимира. З 1908-го Микола Дмитрович починає читати лекції на медичному факультеті Київського університету.
У 1901 році Микола Стражеско одружується з дочкою Василя Образцова — Наталією Василівною, і до 1918 року сім’я Стражеско мешкає в особняку на Ярославовому Валу, 5.

У цей час Микола Стражеско — відомий і популярний у Києві лікар, має заслужений авторитет серед пацієнтів і колег. Попри його молодий вік (32 роки), його обирають делегатом І Всеросійського з’їзду терапевтів у Москві і Міжнародного з’їзду лікарів у Будапешті. Наукові праці приват-доцента Миколи Стражеско — 25 робіт за 10 років, в основному з проблем патологій серцево-судинної системи, друкують у Києві, Петербурзі, Москві, Берліні. Стражеско бере найбезпосереднішу участь в урочистому відзначенні 35-річчя лікарської та наукової діяльності професора Василя Образцова, видає збірку наукових праць, присвячену йому.

У 1910 році разом із Василем Образцовим видає працю «Про тромбоз коронарних артерій серця», що на той час стало значним досягненням у медичній науці.

Велика роль Стражеско в організації та створенні в Києві жіночого медичного інституту.

Під час Першої світової війни, не залишаючи педагогічної й наукової діяльності, як голова Київського комітету Союзу міст проводить велику роботу з організації госпіталів і евакопунктів, у справі допомоги біженцям, хворим і пораненим. Миколу Стражеско обирають гласним міської Думи, де він активно працює в медичній санітарній раді, в комітеті з боротьби з інфекційними захворюваннями.

У 1918—1922 роках Микола Стражеско разом із сім’єю жив і працював в Одесі, а з 1922-го — знову в Києві, в медичному інституті. У 1925 році Микола Дмитрович організовує перший з’їзд терапевтів України, де його обирають заступником голови Товариства терапевтів, а на другому з’їзді (в 1927 році) — головою. Він незмінно був на цій посаді чверть століття. Тоді ж його обрали заступником голови Всесоюзного товариства терапевтів. У 1920—30-ті роки Микола Стражеско продовжує дослідження в галузі кардіології (інфаркту міокарда, стенокардії й астми). Під його керівництвом захищають 26 докторських і кандидатських дисертацій, у середньому по двоє учнів щорічно. У 1936 році було організовано Український інститут клінічної медицини (нині — Інститут кардіології імені М. Д. Стражеско АМН України). Першим директором інституту було призначено Миколу Дмитровича. Одночасно Стражеско очолює клінічний відділ Інституту фізіології АН УРСР, де організовує науково-дослідну роботу в галузі патології дихання, а також боротьби з передчасним старінням організму.

Під час війни він поїхав в евакуацію разом з Академією наук України. В 1943—1944 роках працював у Москві. У 1943 році Стражеско стає дійсним членом Академії наук СРСР, а в 1944-му — дійсним членом Академії медичних наук СРСР.
У серпні 1944 року повертається до Києва. Інституту передають територію на Саксаганського, 75, де після ремонту і розпочав свою роботу Інститут клінічної медицини. З 1952 року інституту присвоєно ім’я академіка М. Д. Стражеско.
Микола Стражеско в 1944—1952 роках мешкав у будинку на Володимирській, 48-а навпроти Оперного театру. Він дуже любив і цінував музику, знав останні театральні новинки. Стражеско захоплювався мистецтвом, мав солідну колекцію картин відомих художників — Айвазовського, Васнєцова, Полєнова, Рєпіна, Сурікова. Колекція художніх цінностей сім’ї Стражеско була цілою музейною збірнею, що свідчило про високу культуру і смак власника. Вільно володів українською, російською, німецькою, французькою мовами.

Помер Микола Дмитрович у Києві 27 червня 1952 року, похований на Лук’янівському кладовищі. У 1954 році на будинку, де мешкав учений, було встановлено меморіальну дошку. Ще одну меморіальну дошку було встановлено на вулиці Саксаганського, 75, де в 1944—1978 роках знаходився створений Стражеско Інститут кардіології. У новому приміщенні Інституту (на вулиці Народного повстання, 5) знаходиться меморіальний музей видатного вченого, на території якого встановлено пам’ятник.