陈寅恪初到哈佛，就主张大购、多购、全购书籍。1919年8月18日《吴宓日记》载：“哈佛中国学生，读书最多者，当推陈君寅恪及其表弟俞君大维，两君读书多，而购书亦多。到此不及半载，而新购之书籍，已充橱盈笥，得数百卷。陈君及梅（南按：即梅光迪）君，皆屡劝宓购书。”
陈封雄回忆说，陈寅恪在游学欧洲期间两次回国，但“大部分时间都在家杂览经史古籍，对史学感到浓厚兴趣。他不但背诵了《十三经》，而且每字必求甚解，这也就奠定了他一生精考细推的治学方法。”
陈寅恪常说“读书必先识字”。陈寅恪幼年即对于《说文》与高邮王氏父子训诂之学都曾下过一番苦功。陈寅恪对“十三经”不但大部分流利背诵，而且对每字必求正解。因此《皇清经解》及《续皇清经解》就成为其经常诵读之书。据陈氏弟子蒋天枢说，陈寅恪在国外时，曾携有两部《经解》石印小字本，其中一部《续经解》直到陈氏去世后尚存于遗物中。另据俞大维透露，陈寅恪对于史书读得格外用力，特别注重各史中的志书，如《史记》中的《天官书》、《货殖列传》，《汉书·艺文志》，《晋书·天文志》等，即使德文原版的天文学也是他经常诵读的史书之一。
陈寅恪认为“读书先识字”，要研究历史学特别是东方学，必须要懂得东方的文字，包括历史上存在过，如今已死去的文字，只有如此才能揭示历史的源流和本真。因而他在德国留学期间对各种古代文字与考证下了极大的工夫。
陈寅恪后来谈到他学会多种外语的经验，只强调一个“诚”字。到清华执教时，虽然已经名满天下，可他并不满足。就在他任清华导师后，仍然坚持跟人学西夏文和蒙古文，每个星期进城学两天，向钢和泰学梵文。
陈寅恪在1920年代倡导，为人治学当有“独立之精神，自由之思想”。
民国时期，中国学术史上有一件著名的大事，就是8000麻袋15万斤清宫内阁大库档案的发现。1912年，国民政府在孔庙成立了“国立历史博物馆筹备处”，原清廷学部所藏档案与试卷全部归入历史博物馆筹备处，暂存于敬一亭中，总数约8000麻袋（据王国维说是9000麻袋）。
1921年，该博物馆筹备处一位旗人处长伙同几人，将8000麻袋、总重量为“十五万斤”的明清档案，当做废纸卖给了北京同懋增纸店，换得银元4000。幸得罗振玉偶然发现了一些流入市面的档案材料，找到同懋增纸店。当时同懋增纸店已经把档案当做废纸转卖出了约计1000麻袋，其余部分被老板差人运到了定兴与唐山两地的纸厂，准备化成纸浆制造“还魂钱”。罗振玉最后不惜倾家荡产以1.3万元的高价将剩余的档案全部购回，并分藏在北京和天津两地。此后，因罗振玉购买档案已罄尽全部财力，再无力承担整理重任，将7000麻袋档案以1.6万元的价格转让给了大收藏家，将另一小部分出售给北大国学研究所，另一小部分被伪满洲国购得，1936年又移交给了奉天图书馆。后李盛铎也因财力不济，准备出手。陈寅恪得知后，希望当时任中研院史语所所长的傅斯年能将这批档案买下，胡适也支持陈的建议。经过陈、胡二人的努力，傅斯年向中研院院长蔡元培申请拨款，此后，经陈寅恪与李宗侗共同出面几次与李盛铎协商周旋，总算将这批珍贵文献买下。1929年8月，在陈寅恪等人的积极努力下，这批珍贵档案运往北平北海静心斋，合计约6万公斤，其中2.5万公斤破烂不堪。
抗战时期，在繁忙的教学中，陈寅恪仍致力于学术研究，先后出版了《隋唐制度渊源论稿》、《唐代政治史论稿》两部著作，对隋唐史提出了许多新的见解，为后人研究隋唐史开辟了新的途径。
1946年10月，陈寅恪夫人及小女美延重返阔别九年的清华园，此时的陈寅恪已双目失明，但他决心静下来好好做一番学问，并把自己的书斋取名为“不见为净之室”。
1953年，中国科学院院长郭沫若函请陈寅恪任科学院哲学社会科学历史研究所第二所长。在他1953年12月1日的《对科学院的答复》里，提出就任所长的两个条件。第一条：“允许中古史研究所不宗奉马列主义，并不学习政治。”第二条：“请毛公或刘公给一允许证明书，以作挡箭牌。”并说：“其意是，毛公是政治上的最高当局，刘公是党的最高负责人。我认为最高当局也应和我有同样看法，应从我之说。否则，就谈不到学术研究。”遂不能就任。仍任教于中山大学。
郑天挺说：“陈寅恪为教授之教授，其授课多有学者、教授听讲。陈讲元白诗，第一课是《长恨歌》，首先讲的是杨玉环是否以处女入宫。时有著名话剧导演贺孟斧客居成都，久闻陈大名，想去听课，听说第一课讲处女问题，以为无聊，而罢听课之念，实不知陈以次带出唐朝婚礼制度，实极重要的事情。”
陈寅恪曾讲授元白诗证史课程，以诗证史。中山大学一名叫刘隆凯的学生，也曾听过陈寅恪的“元白诗证史”一课，他根据自己的课堂记录，把陈寅恪所讲的内容整理出来，于是世人得见陈寅恪“以诗证史”的研究方法。如陈寅恪曾考证唐代大诗人白居易《琵琶行》中“琵琶女”的年龄。诗中写道：“弟走从军阿姨死，暮去朝来颜色故。门前冷落车马稀，老大嫁作商人妇。”陈寅恪以此为据进行考证：“古代男子三十而娶，女子二十而嫁，已是男女婚娶的最后年龄了。过了这个界限，便是老大了。像崔莺莺，贞元十六年才十七岁，以后结婚也在二十岁之前；韦氏，在贞元十八年结婚时正是二十岁，若再不出阁，也就难了，她比崔氏大一岁。”诗中又云：“十三学得琵琶成，名属教坊第一部。曲罢常教善才服，妆成每被秋娘妒。”陈寅恪说：“看来，唐代女子与人应酬是在十三岁。杜牧《赠别》：婷婷袅袅十三余，豆蔻梢头二月初。春风十里扬州路，卷上珠帘总不如。——秋娘，是贞元十五年白氏中进士时长安最负盛名的倡女。白氏沦落江州，感念昔日之游，乃取于诗中。有人以为是杜牧诗里的杜秋娘，谬极。假定琵琶女贞元十五年是十三岁，那么，到元和十一年，她在浔阳江头应该是三十岁了。她嫁商人不会太久——商人重利轻别离，前月浮梁买茶去——茶商在长安领了专卖券，同时娶了琵琶女，再到产地买茶，蜜月里就离开了新妇。可以说，元和十年，琵琶女二十九岁时，弟走从军，不久，阿姨又死了；再过年余，她三十岁时才嫁，真可谓——老大——了。”陈寅恪还以此考证出这个三十岁才嫁的琵琶女是西胡种，与商人是同居关系，不是正式结发夫妻，等等。
文革中，一批曾听过陈寅恪元白诗证史课程的中山大学历史系学生，开始撰文向这位昔日的导师发难。其中一文也提到了关于“琵琶女”年龄地考证，文中说道：“陈本人从来不学习马列主义，也不相信马列思想，而是以资产阶级厚古薄今的治学态度，对封建阶级的史书古籍作了一些繁琐考证。他对一些鄙琐不堪的小事体和旧社会的达官贵人，王妃妓女特别感兴趣，如杨贵妃身体是胖是瘦，体重几何，入宫以前是不是处女，等等。他还特别考证出‘杨贵妃和安禄山之间究竟发生过关系没有，以及皇帝穿的龙袍是刺着五个爪的龙，大臣穿的蟒袍是刺着四个爪的龙等’。他还厚古薄今地讲一些陈词滥调，搞一些无聊的考证，如讲《莺莺传》时，莺莺是‘如何把淡妆短眉变为浓妆细眉’；讲到白居易的《琵琶行》时，居然考证出了那个在船头犹抱琵琶半遮面的商人妇，祖籍何处，什么人种，什么年月、什么岁数入的妓院，在长安属第几流妓女，何时退居二线，何时嫁与做何生意的商人，属于二房还是三房，是妇人还是妾身，等等。”从此文可以看出陈寅恪先生的博学和为学态度。
陈寅恪原攻比较语言学，通晓多种文学，为他从汉文以外搜罗史料以治史，提供了较大的方便，他继承了清代乾嘉学者治史中重证据、重事实的科学精神，又吸取西方的“历史演进法”（即从事物的演化和联系考察历史，探究史料），运用这种中西结合的考证比较方法，对一些资料穷本溯源，核订确切。并在这个基础上，注意对史实的综合分析，从许多事物的联系中考证出关键所在，用以解决一系列问题，求得历史面目的真相。他这种精密考证方法，其成就超过乾隆嘉庆时期的学者，发展了我国的历史考据学。
对藏学、突劂学研究，陈寅恪从不轻下断语，总以严谨的科学态度进行判别，不违驳事实。他是一位史识与史德统一的典范。他严谨处理“赞美”与“求真”的关系，实事求是地评价历史，至今仍然具有深远的教育意义。
陈寅恪双目失明之后，仍能锲而不舍，穷十年岁月，写出《论再生缘》《柳如是别传》这样的巨著。其毅力与精神，极富传奇色彩。而《别传》的写作缘起，又起因于抗战时在昆明得常熟白茆钱宅红豆一粒，晚年重萌相思，又极富浪漫色彩。
陈寅恪的助手黄萱曾感慨地说：“寅师以失明的晚年，不惮辛苦、经之营之，钧稽沉隐，以成此稿（即《柳如是别传》）。其坚毅之精神，真有惊天地、泣鬼神的气概”。
晚年的陈寅恪“体弱、多病、目盲、膑足”的，随着政治高压的加强，发表、出版自由都丧失了，还有时时刻刻红卫兵的迫害。在这种情况下，我们难以想象，他把《隋唐制度渊源论稿》、《唐代政治史述论稿》、《元白诗笺证稿》以外的旧文，编为《寒柳堂集》、《金明馆丛稿》，并写有85万字巨著《柳如是别传》，最后撰《寒柳堂记梦》。