В 1916 году начал работать в МХТ. В 1916—1924 годах был одновременно актёром 2-й студии МХТ. Первая роль Баталова — Петя ("Зелёное кольцо" Гиппиус, 1916); сыграл во 2-й студии роль Франца Мора. В 1927 году Баталов исполнил в МХТ свою первую большую роль — Фигаро. Сыгранный живо, темпераментно, с подлинным комедийным блеском и лёгкостью, Фигаро в исполнении Баталова был человеком из народа, отстаивавшим своё право на счастье. Огромное сценическое обаяние Баталова, присущие ему оптимизм, острое чувство современности, искренность, природный юмор, темперамент особенно ярко проявились в роли простого русского парня Васьки Окорока ("Бронепоезд 1469", 1927), — "Горячий, буйный, весёлый образ создает Баталов", — писал А.В. Луначарский ("Вечерняя Москва", 26 февраля 1927 года). Большой мастер внутреннего перевоплощения, Баталов в 1929 году создал глубоко сатирический образ анархиста-мародёра матроса Рубцова ("Блокада" Вс. Иванова). Среди ролей Баталова: Луп Клешнин ("Царь Фёдор Иоаннович" А.К. Толстого), Медведев ("На дне"), Лопахин ("Вишнёвый сад"). Последняя работа Баталова в театре — роль Собакевича ("Мёртвые души" по Гоголю, 1933). Баталов много снимался в кино (с 1923); в созданных им образах Павла Власова ("Мать", 1926), начальника трудовой коммуны Сергеева ("Путёвка в жизнь", 1931), вошедших в историю советского киноискусства, с большой силой звучала тема человека, строящего новый мир, новое общество. В ноябре 1921 года женился на актрисе Второй студии МХТ Ольге Андровской. С 1933 года преподавал актёрское мастерство в ГИКе и ЦЕТЕТИСе. В 1923 году Баталов заболел туберкулёзом, ставшим для него роковым. Из-за болезни он в течение полугода не работал в театре. Однако уже в 1924 году снялся в своём первом кинофильме — «Аэлита» — в роли красноармейца Гусева. Болезнь не отступала, и 18 февраля 1935 года состоялось последнее выступление Баталова на сцене — в образе не унывающего Фигаро. Осенью 1935 года Николай Баталов уехал на лечение в Закопане (Польша), лечился в санаториях на Северном Кавказе, в Италии. Но безрезультатно. Заслуженный артист РСФСР (1933). Похоронен актёр в Москве на Новодевичьем кладбище (2 участок, 15 ряд).