Заслуженный артист РСФСР (1933).
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. 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.