根據統計，陳垣各種著述當在三百四十種以上，加上書信、詩賦、題跋等，總數約有千餘種，總字數約在四百萬以上。就史學著作而言，著作有十八部，論文和雜文共一百五十九篇，字數約二百六十多萬，而治史領域主要是宗教史、歷史文獻學和元史。陳垣的宗教史研究成果佔其史學著作的比例較大，撰成專著七部，論文三十九篇，序跋五十多篇。以下介紹陳垣在天主教、基督教、佛教、道教、回教和其他宗教的重要研究成果。

（1）天主教和基督教
1919年冬，陳垣受洗成為基督教徒，並致力推動中國基督教史研究。《元也里可溫教考》是他這方面研究的最早著作。1917年，陳垣與輔文社創辦人英斂之談及元代的也里可溫教，即基督教的聶思脫里派，引發陳垣對該教作進一步的研究，同年完成初稿，並在日本發表，震驚日本史學界，及後在1920、1923和1934年作出三次修訂。全書分為十五章，依次序是也里可溫之解詁、教士之東來、也里可溫之戒律、人數之推想、人物之大概、軍籍之停止、徭役之蠲除、租稅之徵免、馬匹之拘刷、政府對於也里可溫之尊崇、異教歸附也里可溫之一斑、也里可溫被異教摧殘之一證、關於也里可溫碑刻之留存、也里可溫與景教之異同、總論，對也里可溫教的稱謂、本義、詞源和相關問題一一廓清，使人們重新認識隱晦超過七百年的也里可溫教。

此外，陳垣亦撰寫論文，探討基督教入華史，如〈基督教入華史略〉和〈基督教入華史〉，將基督教入華經過分為四個時期：（一）唐代景教；（二）元也里可溫教；（三）明清天主教；（四）十八世紀初耶穌新教來華以後。他還展開人物研究，成果計有〈休寧金聲傳〉、〈浙西李之藻傳〉、〈華亭許纘曾傳〉、〈涇陽王徵傳〉、〈明末殉國者陳于階傳〉、〈許之漸軼事〉、〈湯若望與木陳忞〉、〈吳漁山年譜〉等，其中李之藻與徐光啟、楊廷筠是明末著名的天主教徒，人們稱為「教中三傑」；而王徵是中國古代第一位學習拉丁文的人。陳垣也撰文論述其他課題，如〈雍乾間奉天主教之宗室〉、〈從雍乾間奉天主教之宗室說到石老娘胡同當街廟〉、〈陳白沙畫像與天主教士〉、〈從教外典籍見明末清初之天主教〉、〈燕京開教略畫像正誤〉和〈馬定先生在內蒙發現之殘碑〉等。

明清天主教典籍不少，陳垣對部份典籍作出整理，包括韓霖《鐸書》、畢方濟《靈言蠡勺》、《辨學遺牘》、湯若望《主制群徵》、艾儒略《大西利先生行迹識》，當中《辨學遺牘》傳為明末耶穌會著名教士利瑪竇的著作，然而經過陳垣考證，該書是「教中一名士所作」。對於每部典籍，陳垣均作序跋，述列名目、卷數、作者、版本源流、舊本序跋、體例內容，內容詳細，考證嚴謹。

（2）佛教

《清初僧諍記》於1941年撰成，撰寫動機是「去年撰《明季滇黔佛教考》，本有法門紛爭一篇，以限於滇黔，未能論及東南各省，兹特擴為此篇，以竟其論。」此外，亦針對日本漢奸的行為，他說「一九四一年，日軍既佔據平津，漢奸們得意洋洋，有結隊渡海朝拜，歸以為榮，誇耀於鄉黨里者。時余方閱諸家語錄，有感而為是編，非專為木陳諸僧發也。」此書有三卷十章，闡述東南法門內部故國派與新朝派之間的矛盾和紛爭，內容分為三個部分：臨濟與曹洞之諍、天童派之諍、新舊勢力之諍。由此可見，陳垣藉抨擊明亡後變節仕清的僧人，影射淪陷區內媚事新政府的漢奸。

陳垣學生柴德賡指出《清初僧諍記》解決了兩個問題。第一個問題是弄清了明末清初大儒黃宗羲堅拒出家當和尚的原因。他說：

在清初有很多人為了不願做清朝的順民而剃頭，寧可為做和尚而剃頭；但黃宗羲堅持不出家，不做和尚，這是為了什麼呢？原來當時廟中都保存有一塊牌子，上面寫著「當今皇上萬歲萬萬歲」。和尚每天都必須對此朝拜。而當今皇上是誰？那是清廷統治者，這豈不是天天要向清廷統治者叩頭嗎？不幹！這就是黃宗羲不願做和尚的原因，過去一直不清楚，到抗戰時候那就看得很清楚了。

第二就是闡明了什麼是投降的問題。柴德賡解釋：

清初清廷統治者規定人人都要剃頭，做它的順民。這樣剃了頭是否就算是投降了敵人呢？不算！因為這是被迫的，雖然也是恥辱，但還可以原諒。如果出去做官，那就是主動向清朝投降，是漢奸。這問題是因為在抗戰時期淪陷區要劃清界線而提出來的。在淪陷區中受恥辱的事很多，如打手印、領良民證等，但這些都是被迫的，不能算是投降。凡是在敵偽大學教書，在敵偽機關工作的，那就是漢奸。《清初僧諍記》不僅解決了歷史上的問題，而且也解決了現實中的問題。

1942年，陳垣撰成《中國佛教史籍概論》，共有六卷，著錄六朝以來佛教史籍三十五種，包括佛教目錄、僧傳、燈錄、護教、纂集、音義等，按成書先後排序。至於撰寫原因，陳垣表示「中國佛教史籍，恒與列朝史事有關，不參稽而旁考之，則每有窒礙難通之史迹。此論即將六朝以來史學必需參考之佛教史籍，分類述其大意，以為史學研究之助，非敢言佛教史也。」除著錄每部史籍書名、卷數、作者、版本和內容外，同時亦有解題，揭示各書的主旨、特點和史料價值。陳垣在書中強調「言宗教不能不涉及政治」，因此在考證佛教史籍過程中，注意從政治角度作出論述，表揚和貶斥歷史上的愛國僧人和變節之臣，藉以鼓舞淪陷區人民堅持抗爭，讉責漢奸的無恥行為。

除專著外，陳垣還發表了多篇佛教史論文，包括〈記大同武州山石窟寺〉、〈書內學院新校《慈恩傳》後〉、〈雲崗石窟寺之譯經與劉孝標〉、〈《大唐西域記》撰人辯機〉、〈佛教能傳布中國的原因〉、〈語錄與順治宮廷〉、〈順治皇帝出家〉、〈漢魏南北朝隋唐譯經數目表〉、〈語嵩塔銘〉、〈談北京雙塔寺海雲碑〉、〈佛牙故事〉、〈法獻佛牙隱現記〉、〈鑒真和尚失明事質疑〉等。陳垣也就《四十二章經》的翻譯問題，與胡適展開筆戰，有學者比較二人表現，認為「援庵考《四十二章經》身世，能以縝密傲視胡適之。」

（3）道教
道教是中國土生土長的宗教。1923、1924年間，陳垣編纂《道家金石略》，收錄關於道家的資料，它們來自《道藏》中碑記、各家金石志和文集，以及藝風堂所藏的拓片，但是由於「校讎不易」，當時沒有刊行。後來經學者對舊稿的整理和校勘，1988年由文物出版社出版。1941年，完成《南宋初河北新道教考》一書，原題為《南宋初河北新創三教考》，其創作原因就是：

此書繼《明季滇黔佛教考》而作，……蘆溝橋變起；河北各地相繼淪陷，作者亦備受迫害，有感於宋金及宋元時事，覺此所謂道家者類皆抗節不仕之遺民，豈可以其為道教而忽之也。因發憤為著此書，闡明其隱，……諸人之所以值得表揚者，不僅消極方面有不甘事敵之操，其積極方面復有濟人利物之行，固與明季遺民之逃禪者異曲同工也。

全書凡三篇四卷二十三章七萬餘字。卷一全真篇上：全真教之起源、教徒之制行、殺盜之消除、士流之結納、藏經之刊行、教史之編纂；卷二全真篇下：人民之信服、婦女之歸依、官府之猜疑、焚經之厄運、末流之貴盛、元遺山之批評；卷三大道篇：大道教之起源及戒目、五祖酈希成八祖岳德文之道行、九祖張清志之高風、九祖十一祖叠出之稽疑、大道教宮觀一斑；卷四太一篇：太一教之起源、二祖蕭道熙三祖蕭志沖之道行、四祖蕭輔道之重望、五祖李居壽之寵遇、六七祖傳授之推測、太一教人物一斑。書首有全真教傳授源流表、全真教歷任掌教表、大道教祖師傳授表、太一教祖師傳授表和作者識語，書後有朱師轍跋。對於全真教、大道教和太一教的歷史貢獻，陳垣表示「三教祖皆北方學者，而能以寬柔為教，與金元二代相終始，殆所謂化胡工畢，於以西升者耶，不然，何其適也。嗚呼！自永嘉以來，河北淪於左衽者屢矣，然卒能用夏變夷，遠而必復，中國疆土乃愈拓愈廣，人民愈生而愈眾，何哉？此固先民千百年之心力艱苦培植而成，非幸致也。三教祖之所為，亦先民心力表見之一端耳。」除《南宋初河北新道教考》外，尚有少量有關道教人物的論文。

（4）回教和其他宗教
陳垣在撰寫《元也里可溫教考》時，接觸到不少伊斯蘭教史料，產生寫作《回教志》的打算，並且設計了總目和附表，但是最終只有〈回回教入中國史略〉一文傳世，他的學生劉乃和對此作出交代：

他對伊斯蘭教的研究，也是從研究外來古教時開始的。……總目和四附表的材料已大體搜集完備，後因戶口、寺院、古跡、金石等部分，一定要經過在各地實際調查才能動筆。在舊社會，他只是個人鑽研，沒有集體組織，也沒有外力支援，像這樣的調查工作，當時不可能進行，……因此這部著作無法進行。後雖擬縮小範圍，變換體例，改寫《中國回教史》，但也因故未最後完成。只將其中伊斯蘭教傳進中國的情況寫成〈回回教進中國的源流〉，獨立成篇，在北京大學研究所國學門曾用這專題作過一次學術報告，由當時研究所學生馮沅君記錄，記錄稿經過他自己修改後，在北大研究所國學門月刊上發表。《東方雜誌》轉載時，改題為〈回回教入中國史略〉。

〈回回教入中國史略〉指出回教入華始於唐永徽二年（651），回回一名由回紇轉變而來，它可以遠播海外，主要有四個原因，分別是「商賈之遠征，兵力之所屆，本族之繁衍，客族之同化。」由於回教在中國不傳教，不攻擊儒教，能夠與異教和平相處，所以歷千餘年而元氣無損。雖然陳垣的中國回教史研究成果很少，不過對推動國人這方面研究發展有所影響，其回族學生白壽彝指出「他對伊斯蘭教，雖只留下來〈回回教入中國史略〉這一篇演講詞，但他編纂《中國回教志》的設想，一直到今天，對中國伊斯蘭教史的研究工作還是有重要的指導意義。」

其他宗教研究方面，分別有《開封一賜樂業教考》（1919）、〈火祆教入中國考〉（1922）、〈摩尼教入中國考〉（1922）。一賜樂業教即猶太教，盛於明代中葉，清代道光、咸豐以後衰落。《開封一賜樂業教考》共有十二章：（一）弘治碑之考證；（二）正德碑之考證；（三）康熙二年碑之考證；（四）始至開封之時代；（五）與回教之異同及挑筋教之名所由起；（六）人物之大略；（七）寺之沿革及康熙季年之景況；（八）遺經之源流及現在；（九）方經散經之內容；（十）扁額；（十一）楹聯；（十二）道光末葉至今日之情形。該書除探討猶太教的盛衰外，還考察了猶太民族來華和定居的歷史。火祅教即波斯拜火教，南北朝時期始聞於中國，至隋末唐初開始有祅字。由於唐皇室尊崇，祅教一時興盛，唐武宗滅佛期間遭受打擊，到元朝時它與中國火神混合，形成火祅教。〈火祆教入中國考〉由十二章組成：（一）火祅之起源；（二）火祅之始通中國並其名稱；（三）北朝火祅之奉祀；（四）唐初祅字之創見；（五）字書祅字之增入；（六）唐時典籍稱祅之略例；（七）春秋時睢水有祅神之謬說；（八）唐代火祅之尊崇；（九）火祅與大秦摩尼之異同；（十）唐宋人對火祅之識別；（十一）唐宋人對火祅大秦摩尼之混同；（十二）唐季火祅之厄運並宋代之殘存。

摩尼教在公元三世紀上半葉出現，創教者是波斯人摩尼（Mani），糅合火祅、基督教和佛教而成，唐武后延載元年（694）傳入中國，武宗會昌年間被打壓，發展受到重挫，五代期間該教群眾曾數次起義，北宋時期則依附道教，至明清兩代漸演變為秘密教派，繼後在內地絕迹。陳垣利用基督教史傳中反摩尼教的言論、敦煌出土經卷和漢文材料，撰寫〈摩尼教入中國考〉一文，內容共有十六章，順次序是摩尼教起源、始通中國、開教回鶻、摩尼與回鶻之關係、回鶻為摩尼護法、摩尼教傳布廣遠、唐道家依托摩尼教、唐人重視摩尼教、唐季摩尼教受迫害、五代摩尼與亂黨、五代宋初摩尼消息、宋摩尼依托道教、僧徒詆毀摩尼教、南宋摩尼復盛、元明時代摩尼教、摩尼教與秘密教派。