Vào ngày 21 tháng 10 năm 1854, bà và đội ngũ 38 nữ y tá tình nguyện bao gồm y tá trưởng Eliza Roberts và dì Mai Smith, cùng 15 nữ tu Công giáo được gửi đến Đế chế Ottoman .Nightingale đến Doanh trại Selimiye ở Scutari vào đầu tháng 11 năm 1854. Nhóm của cô nhận thấy rằng việc chăm sóc kém cỏi cho những người bị thương đang được thực hiện bởi các nhân viên y tế làm việc quá sức trước sự thờ ơ của chính quyền.Thuốc men khan hiếm, vệ sinh bị bỏ bê và tình trạng nhiễm trùng hàng loạt xảy ra phổ biến, nhiều trường hợp gây tử vong.Không có thiết bị chế biến thức ăn cho bệnh nhân.Sau khi Nightingale gửi lời cầu xin đến The Times về một giải pháp của chính phủ cho tình trạng cơ sở vật chất tồi tàn, Chính phủ Anh đã ủy quyền cho Isambard Kingdom Brunel thiết kế một bệnh viện đúc sẵn có thể được xây dựng ở Anh và chuyển đến Dardanelles.Kết quả là Bệnh viện Renkioi, một cơ sở dân sự, dưới sự quản lý của Edmund Alexander Parkes, có tỷ lệ tử vong thấp hơn 1/10 so với Scutari.Stephen Paget trong Từ điển Tiểu sử Quốc gia khẳng định rằng Nightingale đã giảm tỷ lệ tử vong từ 42% xuống 2%, bằng cách tự mình cải thiện vệ sinh hoặc bằng cách kêu gọi Ủy ban Vệ sinh.Ví dụ, Nightingale đã thực hiện rửa tay và các biện pháp vệ sinh khác trong bệnh viện chiến tranh nơi cô làm việc.