岑仲勉的家鄉順德是清代著名西北史地學家李文田的故鄉，故其治學深受清代西北史地學派的影響。岑仲勉把《西域水道記》、《漢書西域傳補註》、《登科記考》的作者徐松奉為先驅，因而有《漢書西域傳地理校釋》和《登科記考訂補》之作。岑仲勉還受到清季英年早逝的唐史學者勞格的影響，所著《郎官石柱題名新著錄》、《郎官石柱題名新考訂》、《續勞格讀全唐文劄記》、《元和姓纂四校記》等都發揚了勞格的未竟之業，而在博大方面有所超過。
岑仲勉治學最重要的成就是以碑刻考證歷史，清代金石家的碑跋，多述小學、碑例、書法等專義，岑仲勉則以碑誌考證史實，又糾正了清金石家過信石刻、偏責史實的毛病，客觀地論證碑誌之價值。除郎官石柱研究外，1936—1942年，著有《金石證史》、《貞石證史》、《續貞石證史》，後收入《金石論叢》，於1981年由上海古籍出版社出版。
在隋唐史校勘考釋之學中，在辨偽方面，《白集醉吟先生墓誌銘存疑》等文受到國內外學者廣泛好評，與《白氏長慶集偽文》、《論白氏長慶集源流並評東洋本白集》壹起，對白居易文集整理有重要貢獻。在追錄史源方面，指出《元和姓纂》為《新唐書?宰相世系表》之史源，此為壹重要發現。在職官典制考證方面，《翰林學士壁記註補》、《補唐代翰林兩記》是超邁清人的作品。在地理考證方面，《括地誌序略新銓》論定孫星衍排列之非。這方面的專著有50—60年代的《隋書求是》、《唐史余審》、《通鑒隋唐紀比事質疑》、《唐人行第錄》。《行第錄》為對唐代文學史及傳記學很有裨益的首創之作。
岑著《隋唐史》（1950—1953年撰成），反映了作者在隋唐史通論中的創見。如其中對李德裕、陳子昂、四鎮的研究，新意叠出。此外，在他晚年還著有《黃河變遷史》、《府兵制度研究》、《西周社會制度問題》、《兩周文史論叢》、《墨子城守各篇簡註》。這些專著反映了作者對西周以來的歷史乃至黃河歷史的廣泛興趣。
在中外史地研究方面、尤其是西北史地方面，出版有《西突厥史料補闕及考證》、《突厥集史》、《中外史地考證》等。在突厥史料的搜輯方面受到國內外學者的好評。岑仲勉自40歲至75歲30余年間，全部史學著作約1000萬字，自1912年起發表論文180余篇，已刊專著18種，特刊專著2種。