В Ардатове молодой хирург столкнулся с опасностями применения наркоза и задумался о возможности применения местной анестезии. Изучил только что вышедшую книгу немецкого хирурга Генриха Брауна 1851–1920 гг.) «Местная анестезия, её научное обоснование и практические применения». Однако плохое качество работы земского персонала и чрезмерная перегруженность (около 20 тыс. человек в уезде плюс ежедневная обязанность посещать больных на дому, при том, что радиус поездок мог составлять до 15 вёрст) вынудили Валентина Феликсовича покинуть Ардатов. В ноябре 1905 г. семья Войно-Ясенецких переехала в село Верхний Любаж Фатежского уезда Курской губернии. Время их приезда совпало с развитием эпидемии брюшного тифа, кори и оспы. Валентин Феликсович ездил по районам эпидемии, стремился не щадя себя помогать больным, участвовал в земской работе, занимаясь проведением профилактическо-организационных работ. Он пользовался большим авторитетом, к нему обращались крестьяне всей Курской и Орловской губерний. В конце 1907 г. Валентин Феликсович был переведён в Фатеж, где у него родился сын Михаил. Однако проработал там хирург недолго: исправник-черносотенец добился его увольнения за отказ прекратить помогать пациенту и явиться по его срочному вызову. Валентин Феликсович одинаково относился ко всем людям, не различая их по положению и достатку, за что в докладах «наверх» был объявлен «революционером». Семья переехала к родным Анны Васильевны в город Золотоноша, где у них родилась дочь Елена. Осенью 1908 г. Валентин Феликсович уехал в Москву и поступил в экстернатуру при московской хирургической клинике известного профессора Петра Ивановича Дьяконова (1855–1908 гг.), основателя журнала «Хирургия», стал писать докторскую диссертацию на тему регионарной анестезии. Занимался анатомической практикой в Институте топографической анатомии, директором которого был профессор Фёдор Александрович Рейн (1866–1925 гг.), председатель Московского хирургического общества. Но ни П.И. Дьяконов, ни Ф.А. Рейн ничего не знали о регионарной анестезии. Валентин Феликсович разработал методику проверки, нашёл те нервные волокна, которые соединяли оперируемый участок тела с головным мозгом: вводил в глазницу с помощью шприца небольшое количество горячего подкрашенного желатина. Затем проводил тщательное препарирование тканей глазницы, в процессе которого устанавливалось анатомическое положение ветви троичного нерва, а также оценивалась точность попадания желатина в приневральное пространство нервного ствола. Он прочёл более пятисот источников на французском и немецком языках (при том, что французский изучил «с нуля»). Валентин Феликсович стал считать свои методы проведения регионарной анестезии более предпочтительными, чем предложенные Г. Брауном. На заседании хирургического общества в Москве 3 марта 1909 г. Войно-Ясенецкий сделал свой первый научный доклад. Анна Васильевна просила мужа забрать к себе семью, но Валентин Феликсович не мог их принять по финансовым соображениям. Он всё сильнее задумывался о перерыве в научной работе и возвращении в практическую хирургию. В начале 1909 г. Валентин Феликсович подал прошение и был утверждён в должности главного врача больницы села Романовка Балашовского уезда Саратовской губернии (семья прибыла туда в апреле 1909 г.). Валентин Феликсович снова оказался в тяжёлом положении: его врачебный участок по площади составлял около 580 квадратных вёрст, с населением до 31 тыс. человек. И он снова занялся универсальной хирургической работой по всем разделам медицины, а также изучал гнойные опухоли под микроскопом. Однако было проведено меньше операций под местным обезболиванием, что говорило о существенном увеличении серьёзных операционных вмешательств, где одного лишь местного обезболивания было недостаточно. Валентин Феликсович записывал результаты своих работ, составлял научные труды, которые публиковались в журналах «Труды Тамбовского физико-медицинского общества» и «Хирургия». Он занимался также «проблемами молодых врачей», в августе 1909 г. обратился к уездной земской управе с предложениями создать уездную медицинскую библиотеку, ежегодно публиковать отчёты о деятельности земской больницы, создать патологоанатомический музей для исключения врачебных ошибок (была одобрена только библиотека, открывшаяся в августе 1910 г.). Отпуск он проводил в московских библиотеках, анатомических театрах и на лекциях. Однако долгий путь между Москвой и Романовкой был неудобен, и в 1910 г. Войно-Ясенецкий подал прошение на вакантное место главного врача больницы Переславль-Залесский Владимирской губернии (перед его отъездом родился сын Алексей). В Переславле-Залесском Валентин Феликсович возглавил городскую (а вскоре – и фабричную) и уездную больницы, а также военный госпиталь. Отсутствовала рентгеновская аппаратура, в фабричной больнице не было электричества, канализации и водопровода, на более чем 100-тысячное население уезда приходилось всего 150 больничных коек и 25 хирургических; доставка больных могла длиться несколько суток.