Н. Д. Шпиллер — певица лирико-драматического плана. Ее исполнению присуши основные черты русской школы пения — глубокая одухотворенность, правдивость вокального воплощения музыкального образа, благородство и простота художественных средств. Сильный, большого диапазона голос, которым Шпяллер владеет с мастерством, и ее высокая музыкально-исполнительская культура позволяют артистке пополнять свой репертуар разнохарактерными ролями.
В списке партий, спетых Шпиллер, — Антонида в «Иване Сусанине» М. И. Глинки и Царевна-Лебедь в «Сказке о иаре Салтане» Н. А. Римского-Корсакова, Татьяна в «Евгении Онегине» П. И. Чайковского и Этери в «Абесаломе и Этери» Палиашвили, Ольга в «Псковитянке» Римского-Корсакова и Иоланта в одноименной опере Чайковского, Матильда в «Вильгельме Телле» Россини и Чио-Чио-Сан в одноименной опере Пуччини, Зиглинда в «Валькириях» Вагнера и Маргарита в «Фаусте» Гуно и др. Одним из наиболее удачных образов в русской классической опере, созданных Шпиллер на сцене Большого театра, является Татьяна в «Евгении Онегине» Чайковского. Благородство и глубина чувств, скромность, моральная чистота — эти черты, типические для русской женщины, ярко и правдиво переданы Шпиллер в глубоко поэтическом образе Татьяны. В исполнении артистки особенно выделяются сцена письма и заключительная сцена оперы. Не прибегая к каким-либо внешним эффектам, путем осмысленного проникновения в музыкальный рисунок партии Н. Д. Шпиллер находит верную передачу самых различных душевных состояний Татьяны, столь тонко и всесторонне выраженных в гениальном творении Чайковского.
С таким же мастерством создает певица и совершенно иной женский образ Чайковского — Иоланту. Эта партия ставит перед исполнительницами ее определенные трудности, так как для правдивой передачи только внешнего облика и поведения слепой девушки необходимо большое актерское мастерство. Шпиллер справилась с этой трудной задачей, создав сценически оправданный, одухотворенный образ героини оперы Чайковского. С необыкновенной силой оптимизма, как весенний поток, звенит и переливается в заключительной сцене голос Иоланты —Шпиллер, воспевающей впервые открывшийся ее глазам прекрасный мир. В 1948 году Большой театр осуществил постановку оперы Римского-Корсакова «Садко». В этом спектакле Шпиллер исполняла партию Волховы, создав нежный, поэтический образ морской царевны. Советскому зрителю Наталья Дмитриевна Шпиллер известна не только как выдающаяся оперная артистка. Трудящиеся нашей страны хорошо знают ее также и по концертной деятельности. Концертный репертуар Шпиллер очень разнообразен, он включает как классические камерные произведения, так и современные романсы и песпи советских композиторов. Для каждого из этих произведений артистка находит интересную творческую трактовку, тонко передает особенности художественного стиля композитора.
В 1943 году за большие достижения в области театрально-вокального искусства Н. Д. Шпиллер была удостоена Сталинской премии второй степени. В 1942 году ей присвоено звание заслуженной артистки РСФСР. В 1943 году артистка удостоена Сталинской премии первой степени за участие в спектакле «Вильгельм Телль» Россини. В 1947 году ей присвоено звание народной артистки РСФСР. В 1949 году за участие в спектакле «Садко» Римского-Корсакова Шпиллер в третий раз удостоена Сталинской премии. В 1951 году в связи со 175-летием Большого театра Н. Д. Шпиллер награждена орденом Ленина.