脳神経外科では中枢神経系（脳、脊髄）に及んだ病気に対して診断、治療を行います。救急で扱うことの多い疾患である脳血管障害や頭部外傷などの診療は、日本赤十字社の看板を背負っている大森赤十字病院の使命として積極的に取り組んでいます。平成23年４月より携帯端末を用いた遠隔画像診断・治療補助システムを導入し、救急患者の診療がより迅速に行われるようになりました。また、診断機器においては平成29年9月に導入されたbiplaneDSA血管撮影装置をはじめ、MRI（1.5T 2台）､64列CT（perfeusion CT）、脳血流検査（SPECT）などを用いて、患者さんが納得でるよう症状の分析、診断、適切な治療を行っています。特に脳血管障害に関しては、平成19年に日本脳卒中学会認定研修教育病院になり、平成21年には東京都脳卒中急性期医療機関に認定されるとともに、日本脳卒中学会の定める一次脳卒中センター（PSC）にも認定され、超急性期の脳卒中治療に対してチームを作って取り組んでいます。
クモ膜下出血の原因の多くを占める脳動脈瘤については開頭クリッピング術とコイル塞栓術を選択して行います。未破裂脳動脈瘤の治療はコイル塞栓術を第一選択として行いますが、治療困難な症例に関しては慈恵医大脳血管内治療部とタイアップし行っております。虚血性脳血管障害に関しては脳神経外科、神経内科9名の医師が対応しており発症後4.5時間以に搬送された患者に対しては積極的にt-PA治療を行っております。4.5時間を越えた症例についても機械的血栓除去術が必要な場合、積極的に施行できる診療体制を整えております。
脊椎脊髄疾患に関しては頭蓋頸椎移行部から腰仙椎までの変性疾患、腫瘍性病変、脊椎外傷などほとんどの脊椎疾患に対応可能です。特に脊髄空洞症に関しては全国有数の経験を持つ医師が常駐しております。
一方、頭部外傷については急性頭蓋内出血の治療として開頭血腫除去を行っております。また外傷後、暫らくして発症する高齢者に多い慢性硬膜下血腫については穿頭血腫ドレナージ術を行っております。脳腫瘍については主に良性腫瘍の治療を行います。下垂体腫瘍に関しては内視鏡を用いた経鼻的摘出を行います。悪性脳腫瘍に関しては原則として集学的治療が可能な大学病院を紹介しております。
神経疾患ではリハビリテーションが重要です。当院の特徴として充実したリハビリテーションスタッフが挙げられます。週1回のリハビリカンファレンスを開催し個々の患者の早期回復に努め、さらに医療連携の充実を図りより効率的な急性期治療を目指しております。