《宋元戲曲史》是王國維避居日本時的作品，他融通中西，確定了中國戲劇的起源、形成及藝術特質，勾勒出宋元戲曲發展史的輪廓，肯定了元雜劇和南戲的曆史地位和美學價值，為戲曲史研究積累了係統而豐富的資料。《宋元戲曲史》是他研究戲劇文學的高峰，在一定意義上說，它填補了中國戲曲史研究的空白。它以時代為序，梳理古代戲曲的流變，論述古代戲曲的文學和美學價值。他以獨特的審美視角，拈出“自然”、“意境”等審美範疇來客觀評價元雜劇，認為元曲之佳處在於自然，元雜劇最佳之處亦不在其思想結構，而在其文章。他提出“一代有一代之文學”的觀點，從而肯定了元雜劇乃至戲曲在文學史上的重要地位。《宋元戲曲史》發表之後，一時聲譽不斷，1946年郭沫若《魯迅與王國維》稱王國維的《宋元戲曲史》和魯迅的《中國小說史略》“是中國文藝研究上的雙璧”。該著在日本出版後，引發日本漢學界關注中國戲曲的研究熱潮，青木正兒《中國近世戲曲史》就受澤王國維《宋元戲曲史》甚多。
在日本，王國維可以靜守書齋，埋頭做學問。他一度對史地考證產生了濃厚的興趣，在史學研究中，他以長篇大論去探究曆史、地理的交叉領域，留下了一批運用文獻和金文資料寫就的、專門論述先秦兩漢地理及西北曆史地理的論著。
王國維在此期間的甲骨文研究，尤其值得一提。清人王懿榮是第一位發現甲骨文的學者，河南安陽小屯村的一農民在田間勞作之時，偶然發現了殷墟甲骨，它們最初被視為中藥藥引，當地商家搜集後，長途運往北京、天津銷售。時任國子監祭酒的王懿榮因病去北京宣武門外菜市口達仁堂抓藥，對其中一味名為“龍骨”的藥特別在意，意識到這些刻在甲骨上的圖案、線條是古代的文字。欣喜之餘，馬上不惜重金大肆搜購。可是王懿榮還沒來得及研究，1900年八國聯軍攻陷北京，王懿榮投水自盡殉國，千餘片刻有甲骨文的龍骨悉為《老殘遊記》的作者劉鶚所得。劉鶚是羅振玉的兒女親家，是近代最早研究甲骨文字的學者，1903年他編有《鐵雲藏龜》一書，該書是中國第一部介紹甲骨文的專著。1904年，孫詒讓寫出《栔文舉例》來考釋甲骨文字，這是甲骨文研究史上第一部專門研究甲骨文形、義的專著。
自1906年起，羅振玉開始關注甲骨文，次年著力搜集甲骨。辛亥革命之時羅振玉所藏甲骨已達二三萬片，並在赴日之際悉數運往日本。1913年的《明堂廟寢通考》可謂王國維切入甲骨文研究的起端，他以金文和龜卜文字相互印證，借以研讀《說文解字》來考釋漢字的演化，顯示其非凡的學術識見。1915年王國維撰寫了《殷虛卜辭中所見地名考》、《三代地理小記》，二文運用傳統文獻資料和出土甲骨文字相互考釋的方法，強化研究方法的科學特質，《殷虛卜辭中所見地名考》對甲骨文所提到的相關地名，逐一考證，開創甲骨文研究與史地相結合的先例。1915年，羅振玉在王國維的協助下完成甲骨學史上具有裏程碑意義的《殷虛書契考釋》一作，全書從都邑、帝王、人名、地名、文字、卜辭、禮製、卜法八個方麵對出土的甲骨文進行分類考釋。王國維為其撰寫了《序》和《後序》，在《序》中，王國維指出自三代以來，古文字研究有三個突破，即古文間出、孔壁汲塚和今之殷墟。在《後序》中，王國維褒獎羅振玉此作為“三百年來小學之一結束也！夫先生之於書契文字，其搜集流通之功，蓋不在考釋下”，立足文字學高度充分肯定羅振玉的功績。
要而言之，王國維考釋甲骨文，並非純粹地為考釋而考釋，而是結合古代禮製、曆史、地理、文化來相互印證。1916年《殷禮徵文》側重文史結合來考察殷代的祭祀製度，客觀樹立了史學研究的範式。王國維之所以在古文字、古史研究領域取得豐碩的成就，得益於他在該領域中研究方法的突破。他以甲骨文的記載來印證古史，這種以古文字與古器物來考證古代史的研究方法，即為“二重證據法”。“二重證據法”正式見於1925年的《古史新證》：“幸於紙上之材料外，更得地下之新材料。由此種材料，我輩因得據以補正紙上之材料，亦得證明古書之某部分全為實錄。”實際上，1917年完成的《殷卜辭中所見先公先王考》、《殷卜辭中所見先公先王續考》、《戩壽堂所藏殷虛文字考釋》、《殷周製度論》等文就很好地運用了“二重證據法”。