Возвратившись в 1876 году в Киев, Николай Лысенко развернул активную исполнительскую деятельность. Он устраивал ежегодные «Славянские концерты», выступал как пианист в концертах Киевского отделения Российского музыкального общества, на вечерах Литературно-артистичного общества, членом правления которого он был, в ежемесячных народных концертах в зале Народной аудитории. Организовывал ежегодные шевченковские концерты. Из семинаристов и студентов, знакомых с нотной грамотой, Николай Витальевич заново организует хоры, в которых получили начала художественного образования К. Стеценко, П.
Демуцкий, Л. Ревуцкий, О. Лысенко и другие. Денежный сбор от концертов шёл на общественные нужды, например, в пользу 183 студентов Киевского университета, отданных в солдаты за участие в антиправительственной демонстрации 1901 года. В это время им были написаны почти все его произведения для фортепиано крупной формы, в том числе вторая рапсодия, третий полонез, ноктюрн до-диез минор. В 1880 году Н. Лысенко начинает работу над самым значительным своим произведением — оперой «Тарас Бульба» по одноимённой повести Н. Гоголя на либретто М. Старицкого, которую завершит лишь спустя десять лет. В 80-е годы Лысенко пишет такие произведения как «Утопленница» — лирико-фантастическая опера по «Майской ночи» Н. Гоголя на либретто М. Старицкого; «Радуйся, ниво неполитая» — кантата на стихи Т. Шевченко; третью редакцию «Рождественской ночи» (1883). В 1889 году Николай Витальевич совершенствует и оркеструет музыку к оперетте «Наталка Полтавка» по произведению И. Котляревского, в 1894 году он пишет музыку к феерии «Волшебный сон» на текст М. Старицкого, а в 1896 году оперу «Сапфо». Среди авторских достижений Н. Лысенко необходимо также отметить создание нового жанра — детской оперы. Среди авторских достижений Н. Лысенко необходимо также отметить создание нового жанра — детской оперы. С 1888 по 1893 годы он пишет три детские оперы по мотивам народных сказок на либретто Днепровой-Чайки: «Коза-Дереза», «Пан Коцький (Котский)», «Зима и Весна, или Снежная Королева». «Коза-Дереза» стала своеобразным подарком Николая Лысенко своим детям. С 1892 по 1902 годы Николай Лысенко четыре раза устраивал гастрольные концерты по Украине, так называемые «хоровые путешествия», в которых исполнялись преимущественно его собственные хоровые произведения на тексты Шевченко и обработки украинских песен. В 1892 году выходит искусствоведческое изыскание Лысенко «О торбане и музыке песен Видорта», а в 1894 — «Народные музыкальные инструменты на Украине». Во время обучения в Лейпцигской консерватории в октябре 1868 года Н. В. Лысенко издал «Сборник украинских песен для голоса с фортепиано» — первый выпуск своих обработок из сорока украинских народных песен, которые помимо практического назначения, имеют большую научно-этнографическую ценность. В 1905 году Н. Лысенко совместно с А. Кошицем организовал хоровое общество «Боян», с которым устраивал хоровые концерты украинской, славянской и западноевропейской музыки. Дирижерами концертов были он сам и А. Кошиц. Однако из-за неблагоприятных политических условий и отсутствия материальной базы, общество распалось, просуществовав немногим более года. В начале XX века Лысенко пишет музыку к драматическим спектаклям «Последняя ночь» (1903) и «Гетман Дорошенко». В 1905 году им было написано произведение «Эй, за наш родной край». В 1908 году был написан хор «Тишайший вечер» на слова В. Самойленко, в 1912 году — опера «Ноктюрн», создаются лирические романсы на тексты Леси Украинки, Днипровой Чайки, А. Олеся. В последние годы жизни Николай Витальевич пишет ряд произведений из области духовной музыки, продолживших, основанный им ещё в конце XIX века «Херувимской» цикл: «Пречистая Дева, мать русского края» (1909), «Камо пойду от лица Твоего, Господи» (1909), «Дева днесь Пресущественного раждает», «Крестным древом»; в 1910 году на текст Т. Шевченко был написан «Давидов псалом».
Николай Лысенко умер 6 ноября 1912 года, внезапно от сердечного приступа. Проститься с композитором пришли тысячи людей, прибывшие со всех регионов Украины. Отпевали Лысенко во Владимирском соборе. Хор, шедший впереди траурной процессии, составлял 1200 человек, пение его было слышно даже в центре Киева. Такой проессии Киев ещё не видел. Мощное пение нескольких хоров разливалось грустной мелодией,но слышались в ней и мужественные звуки – сердца старших и младших современников композитора были наполнены гордостью за великого сына Украины,её вдохновенного певца.Н. В. Лысенко похоронен в Киеве на Байковом кладбище. В честь Николая Витальевича были выпущены монеты, построены памятники. Имя Н. В. Лысенко носят улицы в Киеве и Львове, Львовская национальная музыкальная академия, Харьковский государственный академический театр оперы и балета (с 1944 года) и Полтавское музыкальное училище. В 1962 году струнному квартету Киевской государственной филармонии было присвоено имя Н. В. Лысенко. В том же году был учреждён музыкальный конкурс имени Николая Лысенко, имевший до 1992 года статус национального, а с 1992 года ставший международным.29 декабря1965 года рядом с Национальной оперой Украины на Театральной площади был открыт памятник Н. В. Лысенко. Скульптор А. А. Ковалёв, архитектор В. Г. Гнездилов. Памятник установлен на родине композитора, в селе Гриньки. В 1986 году на киностудии имени А. ДовженкорежиссёромТ. Левчуком был снят историко-биографический фильм
«И в звуках память отзовётся…», показывающий страницы из жизни Николая Витальевича Лысенко. Роль композитора в фильме исполнил Ф. Н. Стригун.В киевской квартире Н. В. Лысенко по улице Саксаганского, 95, открыт мемориальный музей. В 1992 году Почта Украины выпустила почтовую марку, посвящённую 150-летию со дня рождения Н. В. Лысенко. В 2002 году к 160-летию со дня рождения композитора Национальный Банк Украины выпустил юбилейную монету номиналом 2 гривны. На аверсе монеты изображен нотный отрывок из композиции «Молитва за Украину» (1885), на реверсе — портрет Н. Лысенко. Лучшие коллективы Украины популяризируют музыку Лысенко не только в нашей стране, но и за её пределами. Ещё в 1930 году, когда хоровая капелла «Думка» впервые выезжала за границу, в её репертуаре были произведения Лысенко. Один из лучших певческих коллективов Украины - Государственный заслуженный украинский хор имени Г.Верёвки – также включает в свои программы обработки Лысенко и даже оригинальные композиции, стремясь объединить в хоре исполнительские традиции народного и академического пения. За далёкими океаном увидели свет рампы оперы Лысенко. Лучшая из них – «Тарас Бульба» - с успехом была поставлена в 1940году в Нью-Йорке, а в 1946 году шла в Чикаго под управлением известного русского дирижёра, ученика Римского-Корсакова, Михаила Фивейского. 15 мая в Филадельфии состоялась премьера детской оперы Николая Витальевича «Пан Коцький». 125-летие со дня рождения Николая Лысенко, которое в 1967 году отмечалось в мировом масштабе, свидетельствует о признании больших заслуг по-настоящему народного композитора.