Наряду с педагогической деятельностью Н.С.Державин все более втягивается в научно-исследовательскую работу. На молодого учёного обращают внимание. В 1903 г. от Академии наук он был командирован в Турцию и Болгарию. В Стамбуле Державин активно работал в богатой библиотеке Русского археологического института и был даже избран его членом-корреспондентом. В Болгарии Николай Севастьянович накапливал материалы по болгарской этнографии и языку, работал в библиотеках Софии. В 1910 г. за счёт средств Академии наук учёный снова посещал Болгарию. К этому времени он успешно сдал магистерские экзамены по славяноведению в Петербургском университете. Особенностью второй поездки Державина в Болгарию было применение им для записи живой речи фонографа, являвшегося в то время большой научной новостью. С помощью демонстрации фонозаписей учёный доказал существование в России особого болгарского диалекта с редким для собственно Болгарии звуком, названным профессором Милетичем «сильно глухим» (ъ)[226]
Именно с болгарской тематикой были связаны первые публикации Державина. С 1898 г. появляется ряд работ тогда ещё молодого исследователя, посвящённые языку и быту южнорусских болгар[227] Эти работы, а также практический опыт, приобретённый в ходе поездок, были обобщены в двух капитальных трудах: «Болгарские колонии в России. Материалы по славянской этнографии» (София, 1914) и «Болгарские колонии в России. Т. 2. Язык. Обзор говоров. Общие итоги, выводы и наблюдения. Тексты» (Пг., 1915). В 1916 г. за второй том Н.С.Державин получил в Петроградском университете степень магистра славянской филологии[228] Необходимо отметить, что его труды неоднозначно воспринимались в научных кругах, более того — последняя работа встретила очень острую критику. Позднее советские историки объясняли это отстаиванием молодым учёным идей, исходивших от живой речи, и поэтому абсолютно неприемлемых для всей массы специалистов-лингвистов. Академик Н.Я.Марр отмечал, что только благодаря поддержке выдающегося российского источниковеда, лингвиста и историка А.А.Шахматова,