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。”
陳垣同誌在一九二五年至一九三七年這十多年間，著重考據學的研究。其中《舊五代史輯本發覆》完成於一九三七年七月。就在這年七月，爆發了“七、七事變”，日本侵略軍向蘆溝橋進犯，中國人民奮起抵抗，開始了抗日民族革命戰爭。不久，北京被日軍侵占，成了淪陷區。他身處危境，但堅決與敵偽鬥爭。他在大學的講壇上，講抗清不仕的顧炎武《日知錄》，講表彰抗清民族英雄的全祖望《鮚埼亭集》，以此自勵，並黽勉學生愛國。同時利用史學研究作為武器，連續發表史學論著，以抨擊敵偽漢奸，顯示出不屈不撓的愛國精神與民族氣節。在八年抗戰期間，他堅守教研崗位，寫成《明季滇黔佛教考》、《南宋初河北新道教考》、《清初僧諍記》、《中國佛教史籍論》等宗教史論文，而實際是民族抗敵鬥爭史的專著，最後以《通鑒胡注表微》作表微之著。
八年抗戰，陳垣同誌一直身處淪陷區。一九四三年他寫成《通鑒胡注表微》。那年冬，他寫信給西南一位學者，說道：“至於史學，此間風氣亦變。從前專重考據，服膺嘉定錢（大昕）氏；事變後，頗趨實用，推尊昆山顧（炎武）氏；近又進一步，頗提倡有意義之史學。故前兩年講《日知錄》，今年講《鮚埼亭集》，亦欲以正人心，端士習，不徒為精密之考證而已。此蓋時勢為之，若藥不瞑眩，厥疾弗瘳也。”