В 1633 упоминается среди рынд на приёме турецкого посла. В 1640 пожалован в окольничие. В 1648 упоминается в чине свадебного разряда во время бракосочетания царя Алексея Михайловича и М. И. Милославской. В 1650— 1651 служил судьёй в Разбойном приказе, а в 1652—1654 — в Приказе Большого дворца. В 1652 возведён в боярское достоинство и получил звание дворецкого. Зимой 1653/54 возглавил рус. посольство на Левобережную Украину. На Переяславской раде (8 янв. 1654), обратившейся с просьбой о принятии Малороссии в русское подданство, привёл гетмана Б. М. Хмельницкого, казацкую старшину, казаков, мещан и др. к присяге на верность московскому царю, и, по словам Н. И. Костомарова, по этому поводу «боярину Бутурлину… делались несчетные встречи и торжественное объявление царской благодарности». По словам же Н. И. Ульянова, «то был критический момент в жизни казачьей старшины и можно понять нервозность, с которой она старалась всеми способами получить от царских послов документы, гарантирующие казачьи вольности.
Явившись к присяге, старшина и гетман потребовали вдруг, чтобы царь в лице своих послов присягнул им с своей стороны и выдал обнадеживающие грамоты. “Николи не бывало и впредь не будет,— сказал стольник Бутурлин,— и ему говорить о том было непристойно. Он тут же в церкви объяснил Хмельницкому недопустимость такой присяги с точки зрения самодержавного принципа. Столь же категорический ответ был дан через несколько дней после присяги, когда войсковой писарь И. Выговский с полковниками явился к Бутурлину с требованием “дать им письмо за своими руками, чтобы вольностям и маетностям быть по-прежнему”. При этом послам было сказано, что если они “такова письма не дадут, то в городы ехать не для чево..”. Это означало угрозу срыва кампании по приведению к присяге населения Малороссии. Послов пугали опасностью передвижения по стране вследствие разгула татарских шаек. Послы не испугались и ни на какие домогательства не поддались, назвав их “непристойными”. “Мы вам и преж сего сказывали, что царское величество вольностей у вас не отнимает…”. Бутурлин настаивал лишь на том, чтобы казаки вместо требования гарантийного документа, обратились к царю с челобитьем»: блага, которых они так своеобразно добивались, могли быть получены ими лишь путём пожаловния от самодержавного государя, которому они принесли присягу.
Приходила к Бутурлину и шляхта с просьбой дать им особые права между казаками и распределить между ними воеводства, но и шляхта ушла ни с чем. 14 января Бутурлин со своими товарищами отправился в Киев и 16 января был уже здесь, встреченный у городских ворот приветственной речью митрополита Сильвестра Коссова. 17 января приведены были к присяге все киевские казаки и мещане, и только митрополит долго отказывался прислать своих людей к присяге, но и он должен был уступить. В другие малороссийские города были посланы для приведения к присяге московские стольники и дворяне. Когда вся Малороссия была присоединена к Московскому царству на всей воле государевой, Бутурлин с товарищами, в конце января, отправился обратно в Москву. Позже Бутурлин продолжал ведение переговоров с казацкими представителями по столь животрепещущей для них теме уже в Москве.
26 марта были объявлены награды за успешное приведение Малороссии в подданство: Бутурлину была пожалована шуба бархатная золотая, кубок, четыре сорока соболей и 150 рублей придачи к окладу. 17 мая Бутурлин был назначен сопровождать царя в его походе на Польшу и сделал с ним весь поход.
В 1655, назначенный вместо Шереметева командовать русскими войсками, посланными в помощь Б. Хмельницкому для борьбы против польских войск, совершил с ним поход на Литву и Галицию, разбив 18 сентября у Слонигородки (под Гродно) польского коронного гетмана Н. Потоцкого, сдавшегося в плен, и подошёл к стенам хорошо укреплённого Львова.
Но здесь появилась рознь между московскими воеводами и казаками: Хмельницкий отказывался действовать решительно и, взяв с осажденных большую контрибуцию, удалился от города, а войсковой писарь Выговский прямо писал львовским горожанам, чтобы они не сдавались на царское имя. Бутурлин должен был без успеха вернуться в Киев, но жаловался в Москву на гетмана и его приближенных. Не будучи в состоянии вести настоящую войну без помощи Хмельницкого, он посылал в Литву небольшие отряды, во главе с подручными воеводами: так, Петр Потемкин взял Люблин, а в сентябре того же года Бутурлин послал князя Димитрия Волконского, который овладел всеми городами в бассейне реки Припети. В декабре того же года был отозван в Москву и по дороге скончался в Киеве (январь 1656), оставив 2 сыновей: Ивана и Бориса.