В октябре 1931 года было принято постановление Совнаркома РСФСР (№ 1137 от 29. 10. 1931 г.) об организации на базе нейрохирургической клиники самостоятельного нейрохирургического научно-исследовательского института. В последовавшем затем приказе НКЗ РСФСР от 2 января 1932 года его директором был назначен профессор
Н. Н. Бурденко, а заместителями директора — доктор
Е. М. Россельс и профессор
В. В. Крамер. Эта дата считается днем основания института, хотя в полную силу его деятельность развернулась лишь весной 1934 года, когда институт получил статус центрального (Центральный нейрохирургический институт — ЦНХИ) и переселился в четырехэтажное здание на ул. Ульяновской, 13 (ныне Николо-Ямская). Там же было общежитие для аспирантов и ординаторов. Количество коек увеличилось до 100 (затем до 150). ЦНХИ возглавил развитие нейрохирургической службы огромной страны.
В 1938 году на базе ЦНХИ была открыта кафедра нейрохирургии ЦИУ, которой руководил
Н. Н. Бурденко. В 1940 году в ЦНХИ изучались три проблемы: 1) острая травма центральной и периферической нервной системы; 2) борьба с отеком мозга в условиях травмы и хирургического вмешательства и 3) опухоли головного мозга. Институт имел четыре сектора (хирургический, морфологический, неврологический и физиологический), и восемь лабораторий и отделений (физиологическая, клиническая, биохимическая и экспериментальные лаборатории, отоневрологическое, офтальмоневрологическое и др. отделения).
В 1930-е годы в ЦНХИ сложилась крупнейшая школа отечественных нейрохирургов: Н. Н. Бурденко, Б. Г. Егоров, А. А. Арендт, Л. А. Корейша, К. Г. Тэриан, Л. С. Кадин, С. С. Брюсова, А. А. Шлыков, А. И. Арутюнов и др. Их объединяла приверженность сформулированным Н. Н. Бурденко положениям о нейрохирургии как комплексной дисциплине, об оперативном вмешательстве как вынужденном эксперименте на человеке и о необходимости при хирургии головного и спинного мозга всегда соблюдать анатомическую доступность, физиологическую дозволенность и техническую возможность.
В эти же годы в Институте сформировались школы: неврологов в нейрохирургии (В. В. Крамер, М. Ю. Рапопорт, Ю. В. Коновалов, А. Я. Подгорная, Л. О. Корст и др.) нейрорентгенологов (М. Б. Копылов, Н. Н. Альтгаузен, А. М. Кун), нейроморфологов (А. С. Чернышев, Б. Н. Клосовский, Б. Н. Могильницкий, Л. И. Смирнов), нейрофизиологов (П. К. Анохин, В. С. Русинов), отоневрологов (Г. С. Циммерман, О. С. Агеева-Майкова), нейроофтальмологов (М. Н. Благовещенский, А. В. Скородумова), нейропсихиатров (А. С. Шмарьян).
В 1936 году приказом Наркомздрава СССР от 26 августа при ЦНХИ была создана лаборатория специального назначения по проблеме восстановления жизненных процессов при явлениях, сходных со смертью. Ее возглавил В. А. Неговский, заложивший при поддержке Н. Н. Бурденко основы реаниматологии.
