此後，陳垣繼續宗教的研究，先後寫成《火襖教入中國考》（1923年），《回回教入中國史略》（1927年）等作。他研究宗教史，主要研究其興衰，及其與政治的關係，而不是研究其教義——宗教思想史。
《元也裏可溫教考》既屬於宗教史的研究，又屬於元史的研究。陳垣同誌注意元史，實先於宗教史。早在青年時期，他在廣州，有機會讀到方功傑所藏舊抄本《元典章》，已引起他研究元史的很大興趣。其後他到北京，竟然在坊間偶爾買得這一舊藏抄本，不禁認為奇遇。前此，他先曾買到沈家本的刻本《元典章》。於是兩相對校，他開始了《元典章》校補工作，同時也開始了元史的深入研究，也就為他寫《元西域人華化考》開辟了道路。
《元西域人華化考》，題名“華化”，據他的解釋：“華化之意義，以後天所獲，華人所獨創者為斷。”意思是說，“華化”指的是中國曆史發展所形成的文化，而最能代表中國文化的，他認為是儒家。他說：“儒家為中國唯一的產物，言華化者應首言儒家。”其次則宗教、文學、藝術、科學、風俗習慣等，也有中國的特色。至於西域人，指的是色目人。在第一卷中，他說：“畏吾兒、突厥、波斯、大食、敘利亞等國，本有文字，本有宗教，一旦入居華地，亦改從華俗，且於文章學術有聲焉，是真前所未有，而為元所獨有也。”“元時西域文化，本由襖教而佛教，而回教，更唱迭和，浸淫濃鬱者數百年，最後役於西遼，受大石林牙之漢化，耳濡目染者又近百年。元軍先定西域，後下中原；西域人之從軍者，被虜者，貿易者，接踵而至，平日所想望之聲明文物，盡觸目於前。元製，色目人又自由雜居，故一傳再傳，遂多敦詩書而說禮樂。茲編之作，正所以著其盛也。”
他用了多年的時間，積累大量的資料，掌握了豐富的元史知識，引用了二百種以上的圖籍，具體而明確地闡明了元朝百年間西域諸族人來華後吸收並傳播了漢文化，留下了大量漢文寫成的著述。他的《元西域人華化考》，為元史，為我國民族文化史和中外關係史，添上了光輝的一頁。這一著作，在國內外史學界，繼《元也裏可溫教考》之後，獲得高度的評價。
陳垣同誌年輕的時候，就很欣賞乾嘉學者的考據成就。他特別欽佩錢大昕的精博。乾嘉學者重視掌握資料，用種種方法證明其正確，獲得了確實的成就，超過前代。這就在於他們善用考據知識。他除了善於學習前人和自己的刻苦實踐的精神外，最重要的是接觸了近代科學知識，就是他青年時曾學西醫，並特別重視解剖學。他的史學研究，不但注意掌握史料，運用清人考據學的方法予以處理，而且科學地加以解剖，然後作出判斷，作出結論。
陳垣的考據學，主要在校勘學，年代學和避諱學幾門輔助學科上。
先談校勘學。他既先後獲得沈家本刻的和方功惠舊藏抄本的《元典章》，認為《元典章》是考究元代政教、風俗、語言、文字的很好的一部參考資料。他細細地作了一次整理校勘工作。除方沈兩本外，他繼續買到和借到其他藏本三種，主要是借到故宮藏的元刻本。他先用元刻本對校沈刻本，再以其他諸本互校，得出沈刻本“偽誤、衍脫、顛倒”之處共一萬二千多條，寫成《沈刻元典章校補》。又從沈刻本一萬多條錯誤中選出千多條作例，分門別類，指出致誤之由，加以分析，一九三一年他寫成《元典章校析釋例》，——又名《校勘學釋例》。他對《元典章》整理校勘工作，前後用了十多年時間，才脫稿。
陳垣運用校勘學方法考究古籍的又一成果，是一九三七年寫成的《舊五代史輯本發覆》。薛居正等編《五代史》，因後出的歐陽修的《五代史記》，而被稱為“舊五代史”，且漸被埋沒。清乾隆時開四庫全書館，館臣從《永樂大典》中輯出《薛史》，詔頒布於學宦。但當時館臣為避免政治上嫌忌，將《薛史》原文中虜、戎、胡、夷、狄、蕃酋、偽等字眼，盡量改篡，失去了《薛史》的本來麵目。他根據《冊府元龜》、《歐史》、《資洽通鑒》等書，把輯本《薛史》中改竄的字句校勘出來，回複其本來麵目；並指出當日館臣之所以改竄《薛史》原文，實際有不滿於清朝的統治。這就不僅限於校勘，而且對當日館臣之所以忌諱，作了分析。
陳垣同誌在考據學上另一方麵成功的專著，是屬於年代學的《二十史朔閏表》和《中西回史日曆》兩書。在後一書的自序中，他簡要地敘述了作書的原因和經過，“稿凡五易，時閱四載”。兩書成於一九二五年。兩書為研究中國史學及我國與東南亞各國交通史方麵提供重要依據。
避諱是我國曆史上特有的風習製度。考據學中的避諱學，是我國特有的一門學科。陳垣同誌在《史諱舉例》中，介紹自秦迄清，曆朝的避諱製度和諱例。兩千多年來，避諱的製度、習慣和風氣，長期束縛著人們的思想，在語言、文字上不能觸犯所謂尊者親者以至賢者的名字，違反的便是大逆不道，甚至有生命的危險，史不乏例。談到避諱成為製度，其曆史很長，朝代更換又多，各朝所避的諱不同，避諱方法又不一致；其在文獻上常有因避諱而改換文字，甚至改變前人的姓名、官名、書名，前代的地名、年號等等，使一些古籍文字淆亂不清。但是，他在《史諱舉例》的序文中曾指出：反過來，利用古文書的避諱，“可以解古文書之凝滯，辨別古文書之真偽及時代。蓋諱字各朝不同，不啻為時代之標識，前乎此，或後乎此，均不能有是”。他在《史諱舉例》中，所舉的例，不少帶有啟發性，引起探索各種疑難問題。
避諱問題，前人已有不少研究。錢氏（大昕）《廿二史考異》中，以避諱解釋疑難者尤多，隻因散在諸書，未能為係統之整理。陳垣同誌用了很多工夫，閱讀了大量宋人清人有關避諱的述作，並廣泛搜集和引用了一百種以上古籍中的材料，然後寫成《史諱舉例》。他在序言中說：“意欲為避諱史作一總結束，而便考史者多一門路、一鑰匙也。”