敦煌藏经洞遗书被发现之后，王国维便怀着极大的兴趣，广为搜集考证。1909年，他积极参与罗振玉等人出版的《敦煌石室遗书》等十余种刊物的校理工作，并为译作《流沙考古记》作序。
之后，又利用获得的敦煌新出的遗书资料，作了大量的校勘、训诂、辑佚工作。同时为15篇唐宋写本写了跋，是颇有见地的研究遗书论文。
他通过遗书研究，考证了古代西北的政治、经济，纠正了史籍对史实记载的讹谈，补正了西北民族历史，考订了西北地理。
王国维不仅研究敦煌遗书中的史学，同时还研究敦煌文学。大量介绍了敦煌遗书中的文学作品，让世人了解研究。他对音韵学造诣更深，写了一系列的论文，为破译敦煌古曲谱、研究唐代音乐开拓了一条路子。
王国维在敦煌遗书的整理、研究中硕果累累，收获颇丰，是二三十年代敦煌学领域中前无古人的开山祖师。