在中国现代史学史上，陈垣先生与陈寅恪先生并称为二陈，两人均为史学研究大家，而陈垣在中国史学研究方面有多个开创性的成果。他研究史学的方法，被当代学者总结为“考史、论史、述史结合起来，从而发展了传统的考据之学。”（吴怀祺《类例与通史：文献学的方法与思维》）
关于陈垣的人生经历，刘乃和先生所撰的《陈垣年谱》和《陈垣评传》最为条理翔实。从《年谱》中的记载，可以看出陈垣在年轻时就有着打破常规的作文方式。比如在光绪二十七年，陈垣21岁时，他去广州参加府试，就因为思想先进而让主考官不满，但总算考取了秀才。当年他又前往开封参加顺天府乡试，而这次的经历让人读来颇具戏剧性：“这次考试曾有一广东同乡甄某请代考，因自己作文较快，便应允了。考试时，自己做两篇文章，给甄某一篇。公榜结果，自己未中，而同乡甄某却得中第62名顺天府举人。父亲对此事很不高兴。但也无可奈何。自己未中，究其原因，是自己的文章思想奇特，不合当时口味，越用心越南辕北辙，代别人作文，不下功夫，作普通文章，反而中了。”
陈垣旧藏《隋书经籍志考证》五十二卷 清缪荃孙藕香簃钞本，卷首
这段话是《陈垣年谱》中记录的陈垣先生的回忆，因为他思路敏捷出手很快，在参加乡试时，除了答自己的卷子还替同乡代考，一场考试答两份卷子，结果是替考的那位考取了举人，而陈垣自己却落选了。虽然为此得了一笔不小的酬金，但还是令家人很沮丧。转年，他再次前往开封参加乡试，但仍然未曾考中，以至于他的功名停步在秀才阶段。
看来中规中矩的思维方式才是考试的秘诀之一，而陈垣越是超常发挥，越无法取得好的考试成绩。但也正因为如此，他在23岁时就对史学大感兴趣。他在光绪二十九年六月十一日写了篇读赵翼《廿二史劄记》的识语：“赵瓯北札记廿二史，每史先考史法，次论史事。其自序云：‘此编多就正史纪、传、表、志中参互勘校，其有牴牾处自见，辄摘出。’所谓史法也。又云：‘古今风会之递变，政事之屡更，有关于治乱兴衰之故者，亦随所见附著之。’所谓史事也。今将原本史法之属隶于前，史事之属隶于后，各自分卷，以便检阅焉。癸卯六月十一日记。”对于这段话，刘乃和解释说：“此后数十年，陈垣一直研读《廿二史札记》，在上面作了大量批注，从中悟出治学方法，曾经撰联云：‘百年史学推瓯北，万卷诗篇爱剑南。’”
陈垣旧藏《隋书经籍志考证》五十二卷 清缪荃孙藕香簃钞本，目录
以上这段话乃是《陈坦年谱》所载的他对史学感兴趣的最早记录，也许正是这件事使得他开始有了疑史心态，由此而对一些历史著作系统地综合性研究。也许是因为他的宗教背景的原因，他所写出的第一篇史学著述乃是研究元代基督教的《元也里可温教考》，他撰写此文的原因竟然也有些偶然性。
陈垣在37岁时准备写一部《中国基督教史》，为此他努力搜集明末以来与基督教有关的史料。而后，他读到了英敛之所著《万松野人言善录》，他从此书中读到，英敛之藏有大量的基督教文献，于是陈垣想办法向对方借阅，他们由此而成为了朋友。对于此事的本末，陈垣在《万松野人言善录》的跋语中写道：
余之识万松野人，因《言善录》也。丁巳春，居京师，发愿著《中国基督教史》，于是搜求明季基督教遗籍益亟，更拟仿朱彝尊《经义考》、谢启昆《小学考》之例，为《乾隆基督教录》，以补《四库总目》之阙，未有当也。已而得《言善录》，知野人藏此类书众，狂喜，贻书野人，尽假而读之，野人费吝也。余极感野人，野人亦喜有人能读其所藏，并盼他日汇刻诸书，以编纂校之任相属，此余订交野人之始也。
安静的兴华胡同
从这段跋语中可知，陈垣的研究思路乃是效仿乾嘉学人的方式，先对相关文献作系统梳理，而后从中萃取出自己欲得的资料。他认识英敛之之后，英很大方地拿出所有相关著作让他使用，这令陈垣大为兴奋。他经过通读这些史料，由此而完成了《元也里可温教考》初稿。关于这个题目的来由，陈垣在自序中写道：“此辅仁社课题也。辅仁社者，英敛之先生与其门弟子讲学论文之所。余尝一谒先生，先生出示辅仁社课，中有题曰《元也里可温考》。余叩其端绪，偶有所触。归而发箧陈书，钩稽旬日，得佐证若干条，益以辅仁社诸子所得，比事属词，都为一卷，以报先生。”
原来此题不是陈垣想出来的，这个题目乃是辅仁社所出课题之一。对于这件事，英敛之在《元也里可温教考》跋语中亦有描述：“仆与二三子立辅仁社于京西香山静宜园中，抱残守缺，日惟故纸堆中讨生活。数年中所拟考索之题曰‘太古中西同源考’，曰‘唐景教碑考’，曰‘元也里可温考’、曰‘清四库总目评论教中先辈著述辨’，皆东鳞西爪，略得梗概。丁巳春，忽承陈援庵先生以搜求教中三百年前之著述，走简相询。仆喜不自胜，因倾筐倒箧，供其一得。乃承先生以敏锐之眼光，精悍之手腕，于也里可温条，傍引曲证，原原本本，将数百年久晦之名词，昭然揭出，使人无少疑贰。回视仆辈所挟，真兔园册子矣。因亟商之马相伯先生，为付手民，以公诸世。呜呼，安得先生于鄙人所拟各题，一一为之针膏起废，则截伪续真，发聋振聩，不独鄙人之私幸矣。”
陈垣故居前院门
辅仁社乃是英敛之和几位志同道合的朋友创建的一个研究会，此会列出了一些相关的研究题目，陈垣与之相识后，看到了这份名单。他对其中的也里可温感了兴趣，由此而写出了他生平中的第一篇史学论文。对于本文的价值，马相伯在为该文所作序中称：“向余只知有元十字寺，为基督旧教堂，不知也里可温有福音旧教人之义也，知之，自援庵君陈垣始。”
陈垣的《元也里可温教考》一文初稿完成于1917年，在那个时候已经少有人知道也里可温是怎么回事，故陈垣此文的发表在社会上引起了较大的反响，而该文也就成为了陈垣的成名作。之后，他又经过了三次修改，得以使此文成为了一篇完善的史学论著。牛润珍、王磊在《地方志与陈垣的史学研究》一文中称：“这篇论文是陈垣所撰论文中最为精湛的一篇，它廓清了隐晦七八百年无人能道的元代也里可温之称谓、本义、词源及相关的史学问题。”
介绍牌
何为也里可温，陈垣在该文中解释说：“确信也里可温为蒙古人音译阿剌比（阿拉伯）语，实即景教之阿罗诃也。”而按照当代解释，也里可温实为元代基督教聂思脱里派，此派曾盛行于蒙古军队中，随着蒙古军的占领而传遍各地。但元朝国祚较短，元朝灭亡后此教也消失了。因为元朝史料较少，故后世少有人提及也里可温，而陈垣能够从中国的历史史料中经过一番爬梳写出此文，使得被历史湮没的史实又立体地呈现在了人们的面前。关于其研究方式，作者在卷首语中称：“此书之目的，在专以汉文史料，证明元代基督教之情形。先认定《元史》之也里可温为基督教，然后搜集关于也里可温之史料，分类说明之，以为研究元代基督教史者之助。”
基督教乃是西方传来者，然陈垣却明确地称他专用汉文史料来研究，这正是他研究方式的奇特之处。他的史料来源乃是依靠地方志所载文献以及一些古碑拓片，对也里可温教的文献记载，最重要的一篇为梁相所撰《大兴国寺记》碑，此碑已坠入江中，但元至顺《镇江志》载有碑文，该碑文中有如下一句话：“十字者，取像人身，揭于屋，绘于殿，冠于首，佩于胸，四方上下，以是为准。薛迷思贤，地名也；也里可温，教名也。”
由此可以确认，也里可温就是基督教的一个教派，故陈垣在专著中说：“观《大兴国寺记》及《元典章》，均有也里可温教之词，则也里可温之为教，而非部族，已可断定。复有麻儿也里牙（马利亚）及也里可温十字寺等之名，则也里可温之为基督教，而非他教，更无疑义。”
门墩
从史料中发现前人未曾留意的重要史实，这句话说起来似乎很简单，但在没有检索系统的时代，想从浩瀚如海的文献中发现相关史料，这是一个庞大的工程。刘乃和在《陈垣对元史研究的重要贡献》一文中说：“书中除了充分利用《元史》材料外，引用地方志、金石录、书画谱等书，已达60多种。”而对于陈垣具体所查之书，路则权在《陈垣与<元也里可温教考>》中统计道：“查阅此书使用资料，除《元史》外，官书有《元典章》、元《通制条格》《经世大典》、元《秘书监志》《续通考》《续通志》；私人史著及地理、金石类著作有《元史氏族志》《元史类编》《元史新编》《元史译文证补》《元史同名录》《帝京景物略》《山东考古录》《泰山石刻记》《西湖游览志》《东城记余》；地方志有顺治《镇江志》、康熙《镇江志》、万历《杭州志》、康熙《凤阳府志》、道光《广东通志》；总集、文集、笔记有《元文类》《山居新语》《辍耕录》《青阳集》《佩文斋书画谱》等。”
可见，要想写出一篇有份量的论文，需要付出多么大的心血，而路则权在文中还讲述到了《元也里可温教考》一文所体现出的陈垣治学方法上的多个特点，其首要者就是选题要有问题意识，而该文中引用了陈垣对于选题的着眼点：“论文之难，在最好因人所已知，告其所未知。若人人皆知，则无需再说；若人人不知，则又太偏僻太专门，人看之无味也。前者之失在显，后者之失在隐，必须隐而显或显而隐乃成佳作。又凡论文必须有新发见，或新解释，方于人有用。”（陈智超《陈垣来往书信集》）
门板上的字迹
对于宗教史的研究，陈垣还有一部专著名为《元西域人华化考》，刘乃和在《陈垣年谱》中说：“《元西域人华化考》是陈垣精心撰著的一部著作，也是他早年最为满意的一部著作，公开发表后，在中外学术界引起巨大轰动。”而白寿彝在《要继承这份遗产》一文中也谈到了该书的价值及内容：“在援庵先生早期著作中，他比较重视《元西域人华化考》一书。这书是讲国内西方少数民族和外来侨民的汉化的。它的规模宏大，材料丰富，条理明辨，是在国内外久享盛誉的著作；对于治中国民族关系史的学者说，是一部必须阅读的书。”
这部书的确是陈垣先生的早年力作，《陈垣年谱》中引用了日本东洋史学创始人桑原陟藏的评价之语：“陈垣氏为现在支那史学者中，尤为有价值之学者也。支那虽有如柯劭忞氏之老大家，及许多之史学者，然如能陈垣氏之足惹吾人注意者，殆未知见也。”
电表数量
这段话是拿陈垣与老一代史学家柯劭忞作比较，因为柯劭忞写出了《新元史》，由此而引起了日本学者的重视。而陈垣与之相比有什么特色呢？桑原陟藏举出了两点：“其一，为研究支那与外国关系方面之对象。从来支那学者研究关系外国之问题，皆未能得要领，故支那学者著作之关系此方面者，殆无足资吾人之参考。惟陈垣氏关于此方面研究之结果，裨益吾人者甚多。氏之创作以《元代也里可温考》始，次如《国学季刊》所揭载之《火祆教入中国考》《摩尼教入中国考》两篇，资料丰富，考据精确，为当时学界所见重。其二，氏之研究方法为科学的也。支那学者多不解科学的方法，犹清代学者之考证学，实事求是，其表面以精核的旗帜为标榜，然其内容非学术的之点不少，资材之评判亦不充分，论理亦不彻底，不知比较研究之价值。今日观之，乃知从来支那学者之研究方法缺陷甚多，具有新思想之支那少壮学者，亦承认此缺陷。然陈垣氏之研究方法，则超脱支那学者之弊窦而为科学的者也。”
桑原陟藏的这段评价中提到了陈垣的四部著作，而这些都是与宗教史有关的研究。其中的《摩尼教入中国考》，其所谈内容乃是波斯人摩尼所创之教，此教创始于公元3世纪上半叶，而该教乃是杂糅火祆、基督、佛教而成。在唐代武后延载元年传入中国，而后“随回鹘入唐，传其教于大江南北”。（陈垣《摩尼教入中国考》）武宗会昌初年，唐朝军队击败回鹘，故于会昌三年废禁摩尼教，而此教转入地下流传。北宋时期摩尼教再次衰落，之后依附道教，一直流传到明清时期。陈垣能够梳理出这个教派的历史，足见其对这方面研究之深入。
院内格局
除此之外，陈垣的宗教史研究成果还有《开封一赐乐业教考》，一赐乐业乃是早期对以色列的译音，此名起于明代中叶，而一赐乐业教实为犹太教。在金朝时，犹太教传播到了开封，此教人于大定三年建寺，该寺最初也名清真寺，而这些教名在元朝时渐渐改为汉姓。一赐乐业教在明中叶颇为兴盛，道咸之后彻底衰落了。陈垣经过对犹太碑的梳理，以及地理史料的研究，考证出了该教的兴衰始末。
正是这些系统研究，使得陈垣引起了中外史学界的关注，桑原陟藏认为陈垣的这一系列宗教著作的研究方式最受人肯定，因为他补上了中国乾嘉考证学之短，这句评语足够高大。
陈垣为什么有如此精密的治学方式呢？从他个人的经历看，陈垣并没有这方面的师承。然庞光华、吴珺在《从陈垣书信看陈垣的学术人生》一文中称：“1908年，陈垣与苏墨斋访书东瀛，在富士川游博士家见到多纪元胤所撰《医籍考》的稿本。陈垣认为，多纪元胤是日本医学界的钱大昕，其治学方法如乾嘉诸老，考据精详，条理缜密。医学方法启发了陈垣后来的治史之路。”该文以陈垣的信中所言为证：“今不业医，然极得医学之益，非只身体少病而已，近二十年学问，皆用医学方法也。有人谓我懂科学方法，其实我何尝懂科学方法，不过用这些医学方法参用乾嘉诸儒考证方法而已。”