Наталья Валентиновна Пятышева как ученый посвятила исследованию городов Северного Причерноморья огромное количество сил и времени. Херсонес, Фанагория, Ольвия – стали основными темами научных изысканий ученой. Так же, ввиду своего места работы в ГИМ – она постоянно держала актуальность исследования этих древних городов на должном уровне, что конечно же пошло на благо как музеям, так и научному знанию в целом.
Еще со времени обучения в университете Наталья Валентиновна Пятышева участвовала в археологических раскопках. Документы свидетельствуют, что занималась раскопками Н.В. Пятышева уже с первого курса университета (1927). В 1929 г. она третьекурсницей приехала на практику в Херсонес и работала под руководством К.Э. Гриневича на раскопках древнегреческого поселения в балке Бермана. В отчете экспедиции о ней, как о практикантке было упомянуто лишь один раз:
«…9 августа. 2-й квадрат. Копает Наталья Валентиновна»
Окончив МГУ в 1930 г. Пятышева поступила на работу в ГИМ экскурсоводом, но через два года уволилась по состоянию здоровья. В июне 1932 г. Наталья Валентиновна Пятышева была принята в Херсонесский музей на должность научного сотрудника (возможно по ходатайству К.Э. Гриневича) — хранителя Византийского отдела. В документе сказано, что «согласно ее заявлению она назначена временно», и в дальнейшем ее должность действительно занял Е.В. Веймарн.
В феврале 1933 г. Наталья Валентиновна Пятышева была уволена из штата Херсонесского музея. В приказе Г.Д. Белова, в то время директора музея указано: «Временного научного сотрудника т. Пятышеву Н.В. считать уволенной с 1 сего февраля ввиду того, что отпуск ее истек 1 января, заявления же от нее никакого не поступало, а также ею просрочен бюллетень по болезни без каких-либо объяснений причин». Ученые Гриненко Л.О. и Седикова Л.П., опубликовавшие в 2014 году статью о Наталье Валентиновне и ее исследованиях пишут, что судя по автобиографии Натальи Валентиновны – в этот период (1933—1934 гг.) она работала в Музее искусств, в Москве.
За этот короткий период работы Н.В. Пятышева, впрочем смогла многое для себя открыть и многое сделать для музея. Так, в июле 1932 она приложила свою руку к реэкспозиции Византийского отдела, и в это время успела познакомиться и плодотворно пообщаться в византинистом старой школы – Ф.И. Шмитом.
В августе 1933 Наталья Валентиновна слушала доклад Н.И. Репникова о новых требованиях ГАИМК к методике раскопок. С 1 сентября принимала участие в раскопках на Северном берегу под руководством Г.Д. Белова. Наталья Валентиновна участвовала в экспедициях, организованных Государсственным историческим музеем. Так, сюда относятся Фанагорийские экспедиции 1936-1937 и 1939 года.
3 февраля 1936 г. Н.В. Пятышева вместе с А.П. Смирновым и Е.В. Веймарном присутствовала на первом общем заседании посвященном Фанагорийской экспедиции, а уже к третьему заседанию известно о том, что она была включена в ее состав под началом научного сотрудника ГИМ А.Н. Пономарева, его заместителя — В.Д. Блаватского.
В августе 1937 года начала работу вторая Фанагорийская экспедиция, и Н.В. Пятышева была в составе отряда ГИМ (одного из двух отрядов экспедиции) под руководством М.М. Кобылиной. Задачей отряда было продолжать раскопки, начатые в 1936 г. на территории городища. Сохранился дневник Натальи Валентиновны, который она вела в назначении начальником одного из квадратов.
Летом 1938 г. Н.В. Пятышева снова связала свою деятельность с Херсонесом, будучи командированной в Севастополь.
В то время вопрос кадров на местах был болезненным для Херсонесского музея, и в отчете работы музея за 1938 год значилось: «Музейный отдел НКП РСФСР командировал в помощь музею т. Пятышеву. Тов. Пятышева оказала значительную помощь в организации учета и хранения памятников музея»
В различных документах музейного архива можно найти свидетельства того, насколько полезна была работа Натальи Валентиновны на благо Херсонесского музея за прошедшие два летних месяца. К слову – ученые Гриненко Л.О. и Седикова Л.П упоминают, что еще до наступления лета 5 мая 1938 года она выступила на научном совещании с докладом «О состоянии музейных фондов и о мерах по упорядочиванию таковых».
Непосредственно летом, в июле и августе она руководила практикой студентов, она не только проводила теоретические занятия, но и обучала их водить экскурсии и описывать музейные предметы. Говоря об экскурсионной деятельности - Наталья Валентиновна вела огромную работу в этой области. привела в порядок фотолабораторию. Как указано в упомянутой ранее статье - стоимость оплаты практики студентов и работы Н.В. Пятышевой, в сумме составляла 2224 руб. 20 коп., из которых чуть больше 1000 руб. было выплачено Наталье Валентиновне на дорогу, зарплату и прочие расходы.
С 10 августа 1939 г. Н.В. Пятышева назначена руководителем отряда ГИМ в работе последнего археологического сезона объединенной экспедиции ГИМ и ГМИИ по исследованию Фанагории.
В годы Великой Отечественной войны Н.В. Пятышевой пришлось практически заново создать экспозицию древних городов Северного Причерноморья в условиях эвакуации собраний ГИМ.
В 1944 г. Наталья Валентиновна при помощи военных выезжая из только что освобожденной от захватчиков Керчи с огромными трудностями доставила в ГИМ 5-тонный мраморный Таманский саркофаг IV в. до н.э., который был приготовлен немцами для отправки в Германию.
В 1945 г. она с 8 по 13 октября проводила раскопки «таврского» некрополя на Северном берегу, вместе со С.Ф. Стржелецким, определившим место для раскопок. Раскопки понадобились ввиду надобностей ГИМа в реконструкции головы тавра, и ученым был нужен череп из таврского захоронения – а пострадавший в ходе войны музей не мог выполнить эту просьбу. И более ранние, и эти, и последующие экспедиции представляли собой связь ГИМ и Херсонеса в лице Натальи Валентиновны.
В 1946 г. Н.В. Пятышева продолжила свои исследования в вопросах этнологии и сама определила ареал поисков туземного элемента «для выяснения этнического состава населения древнего города» Этим исследованиям посвящена ее работа «„Земляной путь“ рассказа о походе Владимира на Корсунь ». На отчетных мероприятиях было принято решение продолжать раскопки, но продолжились они не сразу – а только в 1948 году.
В итоге исследований были получены ценные сведения о стратиграфии засыпи перибола, а также ряд важных открытий: за оборонительной стеной были открыты водопровод из керамических труб, винодельня и остатки построек первых веков н. э.
В 1949 г. Наталья Валентиновна ненадолго уходит из ГИМ в редакцию Большой Советской Энциклопедии – и этот период не лучшим образом сказался на актуальности исследований Херсонесского музея для ГИМ, ведь ученая была представителем Государственного музея в Херсонесе.
Следующим важным периодом в деятельности Н.В. Пятышевой являются раскопки Херсонеса, которые возобновились под представительством ГИМ только в 1958 году. Это был самый продолжительный период участия ГИМ в раскопках Херсонеса – ведь они велись на протяжении почти 13-ти лет с небольшими перерывами, начиная с 1958 года. Эти исследования дали богатый материал и сведения о водопроводной системе города, его водохранилище, системе труб и термах римского времени, об уровне и состоянии дренажной системы. Экспедиции продолжались до 1975 года, а начиная с 1976 появились проблемы и экспедиции остановились.
Н.В. Пятышева ушла на пенсию уже в 1977 году. В начале 1980-х гг. она сильно болела, как свидетельствует работавшая заместителем директора Херсонесского музея в 1970-е годы В.В. Борисова, а в 1984 году Наталья Валентиновна умерла.
Ее наследие и документы хранятся до сих пор в архивах ГИМ и Херсонесского музея В частности, в Херсонесском архиве материалам Натальи Валентиновны отдан отдельный фонд содержащий 68 дел и состоящий из отчетов о раскопках; дневников, чертежей и фотографий к отчетам; личной переписки; рукописей научных работ и материалов к научным темам по этнографии древнего Крыма, культам Скифии и Херсонеса, коропластике и пр.
