律詩在杜詩中占有極重要的地位。杜甫寫時事的詩，多是古體，因古體便於敘事。他在古體上的成就，無疑是巨大的。但他的律詩，在詩歌藝術上的成就卻更為輝煌。
杜甫律詩的成就，首先在於擴大了律詩的表現範圍。他不僅以律詩寫應酬、詠懷、羈旅、宴遊，以及寫山水，而且用律詩寫時事。以古體寫時事，較少受限制，杜甫多數寫時事的詩都是古體；用律詩寫時事，字數和格律都受限制，難度更大，而杜甫卻能運用自如。他這部分寫時事的律詩，較少敘述而較多抒情與議論，如《秋笛》、《即事》(“聞道花門破”)、《王命》、《征夫》等。為擴大律詩的表現力，他以組詩的形式，表現壹些較難表現、較寬泛的內容，五律和七律都有這樣的組詩。五律中的《秦州雜詩二十首》是壹例。浦起龍已指出這是組詩。20首集中地表現了他在秦州時的心境。寫於客居夔州時的《洞房》、《宿昔》、《能畫》、《鬥雞》、《歷歷》、《洛陽》、《驪山》、《提封》，雖未標出總題目，但就內容言，實是組詩。《洞房》為八詩緣起：
洞房環佩冷，玉殿起秋風。秦地應新月，龍池滿舊宮。系舟今夜遠，清漏往時同。萬裏黃山北，園陵白露中。
由系舟峽江，因秋夜景色而引發對宮掖淒涼的聯想。由今日宮掖之淒涼，而憶及往日宮中行樂之種種情形，於是有《宿昔》、《能畫》、《鬥雞》諸篇，極寫當年宮中之行樂。第五首《歷歷》是轉折，由安史亂前轉向亂後：“歷歷開元事，分明在眼前。無端盜賊起，忽已歲時遷。”第六首《洛陽》寫洛陽陷落，叛軍進逼長安，玄宗出走。第七首《驪山》寫驪山已無復昔日繁華，寂寞淒涼，不勝今昔之感。第八首《提封》為總結，反思、議論：
提封漢天下，萬國尚同心。借問懸車守，何如儉德臨。時征俊乂入，莫慮犬羊侵。願戒兵猶火，恩加四海深。希望皇帝能行儉德，用賢人，戒兵火，加恩四海，則世事尚有可為。八首詩前後照應，情思脈絡連貫，而表現的範圍是壹首律詩難以表達的。
杜甫以律詩寫組詩最為成功的，是七律，如《詠懷古跡五首》、《諸將五首》，特別是《秋興八首》，可以說是杜甫律詩中的登峰造極之作。這組詩寫於滯留夔州時期。此時安史之亂雖已結束，而外族入侵，藩鎮叛亂，戰爭仍然不斷。摯友已先後離開人世，詩人自己仍飄泊滄江，且疾病纏身。山城秋色，引發他的故園之思和對於京華歲月的懷念，回顧壹生，感悟哲理。八首詩就是在這壹思想脈絡上展開，壹層深入壹層。第壹首：
玉露雕傷楓樹林，巫山巫峽氣蕭森。江間波浪兼天湧，塞上風雲接地陰。叢菊兩開他日淚，孤舟壹系故園心。寒衣處處催刀尺，白帝城高急暮砧。
江峽秋色牽動滯留夔府孤城的寂寞心緒，也牽動故園之思。由叢菊兩開引發留夔兩載的辛酸歲月的感慨，引發對於故園的思念。正沈浸於回憶與思念之中，忽又為白帝城的四處砧聲所驚斷，於是有第二首。第二首又從現實開始，進入感慨與回憶：
夔府孤城落日斜，每依北鬥望京華。聽猿實下三聲淚，奉使虛隨八月槎。畫省香爐違伏枕，山樓粉堞隱悲笳。請看石上藤蘿月，已映洲前蘆荻花。
從落日啼猿、孤城悵望中產生的身世飄零之感，引發對於往日曾叩近侍的回憶，又是感慨萬千。正沈浸在回憶與感慨裏，忽又被山城悲笳驚醒，回到現實中來。時光流逝，已經月上中天，嘆時光而傷淪落，於是有第三首：
千家山郭靜朝暉，日日江樓坐翠微。信宿漁人還泛泛，清秋燕子故飛飛。匡衡抗疏功名薄，劉向傳經心事違。同學少年多不賤，五陵衣馬自輕肥。
這壹首從時光流逝嘆抱負落空，引發對於朝廷用非其人的不滿，於是有第四首：
聞道長安似弈棋，百年世事不勝悲。王侯第宅皆新主，文武衣冠異昔時。直北關山金鼓震，征西車馬羽書馳。魚龍寂寞秋江冷，故國平居有所思。
這壹首是對於國家命運的憂念。意謂政局變更，邊境戰火不斷，國家前途可憂，而自己窮老荒江，無法報國，空有憂思而已。後四首壹次又壹次地反復著憶往昔、感盛衰、傷淪落、嘆身世。這八首詩要表現的是壹種深沈復雜的感情，交錯著感慨、回憶、思念與對於時局的看法。要用壹首詩來把這些復雜的、低徊不盡的感情表達出來不容易做到，或者說不容易表現得淋漓盡致，而用組詩則可以做到這壹點。以律詩寫組詩，極大地擴大了律詩的表現力，這是杜甫在律詩發展史上的貢獻。
杜甫把律詩寫得縱橫恣肆，極盡變化之能事，合律而又看不出聲律的束縛，對仗工整而又看不出對仗的痕跡。如《聞官軍收河南河北》：
劍外忽傳收薊北，初聞涕淚滿衣裳。卻看妻子愁何在，漫卷讀書喜欲狂。白日放歌須縱酒，青春作伴好還鄉。即從巴峽穿巫峽，便下襄陽向洛陽。
全詩把壹種驟然到來的狂喜心情，表現得淋漓盡致，用“忽傳”、“初聞”、 “卻看”、“漫卷”這些動詞，加強了突然性和隨意性色彩；用“即從”、“便下”、“穿”、“向”等詞，連接四個地名，造成風馳電掣的氣勢。表達的方式，仿佛散文壹般，感慨流暢，連貫性、整體感極強，毫不受律體的束縛。他在寓居夔州以後所作詩，這方面的成就，更是達到爐火純青的地步。被楊倫稱為“杜集七言律第壹”的《登高》，就是這樣的壹首詩：
風急天高猿嘯哀，渚清沙白鳥飛回。無邊落木蕭蕭下，不盡長江滾滾來。萬裏悲秋常作客，百年多病獨登臺。艱難苦恨繁霜鬢，潦倒新停濁酒杯。
風急、猿嘯、鳥飛、木落，伴以滾滾而來的江水，整個境界卷入到急速的流動之中。然後是壹聲深深的嘆息。他用了那麽多在動作上相互連貫性極強的動詞，造成全詩的流動感和整體感，使人讀來有壹氣流轉之感。但細究起來，全詩在聲律句式上，又有極精密的考究。八句皆對，首聯句中也對。嚴整的對仗被形象的流動感掩蓋起來了，嚴密變得疏暢。首聯上句第壹字仄聲換成平聲，下句第壹字平聲換成仄聲，壹開始便用輕重的變化增加了兩個節奏。“猿嘯”處本應是二仄聲，他為了使“天高”與猿聲連著表現壹種高揚淩厲的情調，用了壹個平聲字 “猿”，三個平聲連續上揚，“嘯”仄下沈，兩頭均有壹個急速的起伏，最後壹個“哀”字，揚而不返。這首句在通過平仄的精心安排來表現聲象上，真是精彩極了。
杜甫律詩的最高成就，可以說就是在把這種體式寫得渾融流轉，無跡可尋，寫來若不經意，使人忘其為律詩。如《江村》：
清江壹曲抱村流，長夏江村事事幽。自去自來堂上燕，相親相近水中鷗。老妻畫紙為棋局，稚子敲針作釣鉤。多病所須惟藥物，微軀此外更何求。
以親切隨便的語氣說出，不露對仗與聲律安排的痕跡。《春夜喜雨》：
好雨知時節，當春乃發生。隨風潛入夜，潤物細無聲。野徑雲俱黑，江船火獨明。曉看紅濕處，花重錦官城。
上四句用流水對，把春雨神韻壹氣寫下，無聲無息不期然而來，末聯寫壹種驟然回首的驚喜，格律嚴謹而渾然壹體。《旅夜書懷》也是這類千古傳誦的名篇。
杜甫自己說：“晚節漸於詩律細。”(《遣悶呈路十九曹長》)又說：“老去詩篇渾漫與。”(《江上值水如海勢聊短述》)這正是他對律詩的主要追求。 “詩律細”不僅在於聲律的精心安排，也在於從嚴謹中求變化，變化莫測而不離規矩。有時他為了表達某種感情的需要而寫拗體，晚年七律拗體更多。這種拗體與七律初期出現的某些不合律現象是不同的，它是成熟之後的通變，表現為變化中的完整。
杜甫律詩的又壹成就，在於他煉字煉句上的成功。精於用字，刻劃細微，在他的古體中有同樣表現，而以律詩的表現最為精彩。他煉字，用力之處在表現神情韻味。劉熙載說“少陵煉神”，就是指這壹點。他的用字，常常達到壹字之下，他人難以更改的地步。他善於用動詞使詩句活起來，用副詞使詩疏暢而富於轉折，特別是“自”字，他實在是用得好極了。他還善於用顏色字以強化某種情感色彩，用疊字以創造氛圍，，用雙聲疊韻以使詩的聲調更加和諧悅耳，用俗字口語使詩讀來更加親切。煉字，是他的自覺追求。他說過：“為人性僻耽佳句，語不驚人死不休。”(《江上值水如海勢聊短述》)他是用很大的精力在煉字上的。