每次给病人看病、开方，都十分精心，深思熟虑。经他治疗过的病人，十有八九都能痊愈，他很受百姓尊重。张仲景跟他学医非常用心，无论是外出诊病、抄方抓药，还是上山采药、回家炮制，从不怕苦不怕累。张伯祖非常喜欢这个学生，把自己毕生行医积累的丰富经验，毫无保留地传给他。
比张仲景年长的一个同乡何颙对他颇为了解，曾说：“君用思精而韵不高，后将为良医。”意思是说张仲景才思过人，善思好学，聪明稳重，但是没有做官的气质和风采，不宜做官。只要专心学医，将来一定能成为有名的医家。何颙的话更加坚定了张仲景学医的信心，从此他学习更加刻苦。他博览医书，广泛吸收各医家的经验用于临床诊断，进步很大，很快便成了一个有名气的医生，以至“青出于蓝而胜于蓝”，超过了他的老师。当时的人称赞他“其识用精微过其师”。张仲景提倡“勤求古训”，认真学习和总结前人的理论经验。
他曾仔细研读过《素问》、《灵枢》、《难经》、《阴阳大论》、《胎胪药录》等古代医书。其中《素问》对他的影响最大。《素问》说：“夫热病者，皆伤寒之类也。”又说：“人之伤于寒也，则为病热。”张仲景根据自己的实践对这个理论作了发展。他认为伤寒是一切热病的总名称，也就是一切因为外感而引起的疾病，都可以叫做“伤寒”。他还对前人留下来的“辨证论治”的治病原则，认真地加以研究，从而提出了“六经论伤寒”的新见解。
他除了“勤求古训”，还“博采众方”，广泛搜集古今治病的有效方药，甚至民间验方也尽力搜集。他对民间喜用针刺、灸烙、温熨、药摩、坐药、洗浴、润导、浸足、灌耳、吹耳、舌下含药，人工呼吸等多种具体治法都一一加以研究，广积资料。
经过几十年的奋斗，张仲景收集了大量资料，包括他个人在临床实践中的经验，写出了《伤寒杂病论》十六卷。这部着作在公元二百一十年左右写成而“大行于世”。到了晋代，名医王叔和加以整理。到了宋代，才渐分为《伤寒论》和《金匮要略》二书。《金匮要略》就是该书的杂病部分。
尽管张仲景从小就厌恶官场，轻视仕途。但由于他父亲曾在朝廷做过官，东汉末期多举世家子弟，仲景承袭家门，在灵帝时，被州郡举为孝廉，进入官场。在建安年间，被朝廷指派为长沙太守。
汉代从汉武帝开始实行举“孝廉”“良才”的选官制度，“举孝廉”，这是汉代发现和培养官吏预备人选的一种方法，规定每二十万户中每年要推举孝廉一人，由朝廷任命官职。被举之学子，除博学多才外，更须孝顺父母，行为清廉，故称为孝廉。在汉代，“孝廉”已作为选拔官员的一项科目，没有“孝廉”品德者不能为官。
但他仍用自己的医术，为百姓解除病痛。在封建时代，做官的不能随便进入民宅，接近百姓。可是不接触百姓，就不能为他们治疗，自己的医术也就不能长进。于是张仲景想了一个办法，择定每月初一和十五两天，大开衙门，不问政事，让有病的百姓进来，他端端正正地坐在大堂上，挨个地仔细为群众诊治。
他让衙役贴出安民告示，告诉老百姓这一消息。他的举动在当地产生了强烈的震动，老百姓无不拍手称快，对张仲景更加拥戴。时间久了便形成了惯例。每逢农历初一和十五的日子，他的衙门前便聚集了来自各方求医看病的群众，甚至有些人带着行李远道而来。后来人们就把坐在药铺里给人看病的医生，通称为“坐堂医生”，用来纪念张仲景。
张仲景看到百姓对他非常信任，在医术上更加精益求精，不断探索。他大量采集民间验方，进行认真研究。
有时甚至不畏路途遥远，拜师取经。有一次他听说襄阳城里同济堂有个绰号“王神仙”的名医，对治疗扼背疮很有经验。他立即带着行李，长途跋涉几百里，去拜“王神仙”为师。对“王神仙”在药性、医道各方面的独到之处都用心学习研究，获益很大。
虽然张仲景的医术非常高超，但有些病他也不能医治。俗话说，“大兵之后，必有灾年”。东汉末年，战乱频繁，不断的战争导致瘟疫流行。建安年间，瘟疫大流行，前后达五次之多，使很多人丧生，一些市镇变成了空城，其中尤以死于伤寒病的人最多。如张仲景的家族，原来有两百多人，自汉献帝建安元年以来，在不到十年的时间里，就死了三分之二，其中有十分之七是死于伤寒病。
一些庸医便趁火打劫，不给病人认真诊脉，“按寸不及尺，握手不及足”，和病人相对片刻，便开方抓药，只知道赚昧心钱。更多的人，虽师承名医，却不思进取，因循守旧，不精心研究医方、医术，以解救百姓的病痛，而是竞相追逐权势荣耀，忘记了自己的本分。
张仲景对这些人非常气愤，痛加斥责，他决心要控制瘟疫的流行，根治伤寒病。从此他“勤求古训，博采众方”，刻苦研读《素问》、《灵枢》、《八十一难》、《阴阳大论》、《胎胪药录》等古代医书，继承《内经》等古典医籍的基本理论，广泛借鉴其他医家的治疗方法，结合个人临床诊断经验，研究治疗伤寒杂病的方法，并于建安十年开始着手撰写《伤寒杂病论》。
张仲景是一个当时主流社会的异类，在仲景《伤寒论》的序中，听到了他那愤世嫉俗的悲叹。他撰写了《伤寒杂病论》，被后世一致奉为经典着作。但在当时可能是名声不彰，因此正史中没有他的地位。