1917年，刘文典由陈独秀介绍，到北大任教，教授“古典文学”、“《文选》”“古籍校勘学”等课程。当时，刘文典革命的余热尚存，在“五四”运动中，他为学生充当“守夜犬”，并积极参与驱逐教育总长章士钊的运动，但随后而来的女师大风潮、“三一八惨案”和章士钊的下台，却让刘文典感到疲惫和失望。从此刘文典“告别革命”，开始沉入校勘古籍，潜心治学。
刘文典平生一直致力于古籍的校勘，他在在课堂上常对学生说：“每部古籍，都有一个传抄、刊印的过程，长的几千年，短的数十年，错误实在难于避免。托名伪作的、篡改古籍的不乏其人。看不出问题，真伪不分，曲为解说，就要谬种流传，贻笑大方。搞校勘，须精通文字、声韵、训诂之学，要有广博的文化、历史、名物制度的知识，版本、目录之学也得认真研究。”
1923年，刘文典的《淮南鸿烈集解》共二十一卷由商务印书馆出版。胡适应刘文典之请，破例用文言文为其作序，在序中丝毫不吝啬溢美之词：“叔雅治此书，最精严有法……其功力之艰苦如此，宜其成就独多也。”此后，胡适又在自己的著作《中国思想史长编》中给予此书高度评价：“近年刘文典的《淮南鸿烈集解》，收罗清代学者的校著最完备，为最方便实用的本子。”此书出版后，刘文典一时在学术界声名大噪。
刘文典的《淮南鸿烈集解》一出版，就引起了学界的关注。当时，胡适和梁启超应《清华周刊》之请，给青年人开过一份最低限度的国学书目。胡适的在书目中自然推荐了好友刘文典的这本《淮南鸿烈集解》。而当时对胡适所开书目嗤之以鼻的梁启超，在自己重新开列的《国学入门书要目及其读法》中，也推荐了刘文典的这本新书，梁说：“《淮南子》，此为秦汉间道家言荟萃之书，宜稍精读，注释书闻有刘文典《淮南鸿烈集解》颇好。”
鲁迅“主张年青人少读中国书的，或者干脆不读”，但在听说同门刘文典的《淮南鸿烈集解》一书正式出版后，特意去商务印书馆买了一套，并将此事写入日记。
刘文典点校《淮南子》时，曾致信胡适道：“弟目睹刘绩、庄逵吉辈被王念孙父子骂得太苦，心里十分恐惧，生怕脱去一字，后人说我是妄删；多出一字，后人说我是妄增；错了一字，后人说我是妄改，不说手民弄错而说我之不学，所以非自校不能放心，将来身后虚名，全系于今日之校对也。”
1923年，刘文典的《淮南鸿烈集解》出版，该书在学界引起轰动，十年间曾重印三次。二十五年后，刘文典重新点校的《淮南鸿烈集解》刊行，此书在原书的基础上，加入了其二十多年读书、教学中遇到的新材料、新思考。
刘文典校勘《淮南子》时，需要查阅《道藏》典籍。刘文典闻说北京白云观里珍藏有明朝正统年间刊印的《道藏》一部，于是，他请朋友帮忙，始住进白云观，得以翻看此典。他在白云观潜心翻检《道藏》，平日足不出户，经常是茶饭不思、寝食难安，以致患上极为严重的神经衰弱症，后养息调理了半年方才渐渐好转。
刘文典常通宵达旦地看书，常常鸡鸣时上床，到第二天下午一两点钟吃早饭，其著作多在夜间完成。夜间读书时，常茶、烟相伴。他的著作有一部分被老鼠啃坏，成为其终生憾事。
刘文典的儿子刘平章回忆也曾回忆他夜间写作的习惯。他为了能静心研究学问，总是在夜里九、十点钟才开始看书写作，一直读到到第二天七八点才睡觉，从来不吃早点。到了中午，饭做好后，夫人张秋华负责叫他起床，并把他“领”出房间。刘平章说：“有时他还朦朦胧胧的，我母亲给他夹菜，他看也不看也就吃下去了，他不是那么重视外表饮食这些学问以外的事情。”
据刘平章介绍，除了在中国古典文化研究上富有建树外，刘文典还精通英语、日语、德语，平时博览外文书籍，因此对国际情况形势也十分熟悉。他曾写过多篇文章，分析当时的环境形势，从今天看来都具有极高的政治远见。刘文典还对医学颇有研究，并提出了很多新思想。
傅来苏一次为刘文典收拾书本时，无意中看过的刘所读的自己著的一本《庄子补正》，他在书页的空白处用蝇头小字密密工整地作了许多眉批注释，其中还有外文。傅来苏与同学都为刘的治学严谨赞叹不已，看来老师确实做到了他所说的“一字异同，必求碻（同‘确’）诂”。
刘文典收藏有许多古籍，其中不乏孤本、善本。抗日战争爆发后，刘独自南下，他写信给夫人张秋华，让她到云南与自己会合，并嘱咐张一定要将自己的藏书带来。张秋华带着孩子和四大箱书，一路颠簸，最后由于书籍实在不便携带，便寄存在香港刘的学生处。日军占领香港后，这批书被掠。抗战结束后，他得知日本将归还掠夺的中国书籍时，异常高兴，但结果却让他失望。直到去世，他依旧在找自己的藏书。
刘文典去世后的1961年，刘平章曾向周恩来反映此事，但总理办公室答复称：“鉴于中日关系尚未恢复，目前暂时不宜提这件事。”半个世纪后，刘氏后人终于得知，刘文典的藏书日本早已归还，但是，当时正是国民党退守台湾之际，藏书到底现在在何处，却始终不得而知。
于丹的《〈庄子〉心得》参考文献中，刘文典的《〈庄子〉补正》位列第二，而位列第一则是《庄子》。