Im Jahre 1857 wurde Esmarch zum Professor für Chirurgie und Augenheilkunde in Kiel berufen und übernahm dort als Direktor das Hospital. Von 1846 bis 1849 war er Adjutant des Chirurgen Stromeyer im Feldlazarett Flensburg. 1870 hatte Esmarch die Position des Generalarztes und beratenden Chirurgen im Deutsch-Französischen Krieg. Er führte die Samariterschulen in ganz Deutschland ein und publizierte 1882 die Schrift "Die erste Hilfe bei plötzlichen Unglücksfällen". Esmarch praktizierte in Berlin, wo er wegen seiner Verdienste 1887 in den Adelsstand erhoben wurde. Er war einer der populärsten Ärzte Berlins in seiner Zeit. Sein besonderes Verdienst war die Erarbeitung des Verfahrens der künstlichen Blutleere bei einer Operation.