Dopo una lunga sperimentazione sugli animali praticò l'asportazione di parte di uno stomaco affetto da un cancro in sede pilorica, ricostruendo il transito alimentare con l'abboccamento del moncone gastrico residuo al moncone duodenale. Questo intervento di "resezione gastrica" seguito da "gastro-duodeno-stomia" è conosciuto come tecnica "Billroth I". Successivamente modificò questa tecnica abboccando il moncone gastrico alla prima ansa digiunale piuttosto che al duodeno. Questa tecnica è conosciuta come "resezione gastrica" con "gastro-digiuno-stomia" o "Billroth II".