Młody lekarz Po ukończeniu Uniwersytetu w 1869 roku N.F. Fiłatow pracował początkowo w Sarańsku, jako lekarz ziemski, gdzie był jedynym lekarzem w okręgu zamieszkałym przez ok. 100 tys. ludzi. W tym czasie ożenił się Julią Nikołajewną Smirnową. Mieli pięcioro dzieci, z których dwoje zmarło w wyniku błonicy. Troje pozostałych dzieci (dwóch synów i córka) nie odziedziczyło po ojcu zainteresowań medycyną.
W latach 1872 –1874 N. Fiłatow, za radą N.A. Tolskiego, przebywał za granicą, odbywając praktykę w klinikach i szpitalach w Wiedniu, Pradze, Heidelbergu. Studiował pediatrię, internistykę, dermatologię, otolaryngologię, anatomię patologiczną i techniki badań histologicznych.
Praca w Moskwie Od powrotu do Moskwy w 1875 roku aż do śmierci N. Fiłatowa był związany z dwiema instytucjami – wydziałem medycznym Uniwersytetu Moskiewskiego i Szpitalem dla dzieci, który nosi obecnie jego imię.