明清档案的利用，构成了他这一时期著作的特色之一。
民国十二年（1923年）起，陈垣开始在燕京大学任教，初为讲师。
民国十三年（1924年），冯玉祥驱逐溥仪出宫。11月20日，清室善后委员会成立，李煜瀛为委员长，在李煜瀛的推荐下，陈垣任常务委员，主持常务工作。
民国十四年（1925年）10月10日，故宫博物院成立，陈垣任理事会理事兼图书馆馆长，图书馆分图书、文献两部，沈兼士、袁同礼副之，正式履行新式博物馆所赋予的典藏、保管、陈列、研究和出版等职责。
民国十五年（1926年）3月至民国十七年（1928年）6月期间，故宫博物院在北洋军阀皖、直、奉等支持的临时执政府肘腋下，先后历经四次改组，包括维持员、保管委员会、维持会及管理委员会等四个时期，陈垣在这一过程中勉力维持，发挥了极其重要的作用。 9月，陈垣受聘为公教大学副校长；之后，陈垣一直在北京辅仁大学教授学生国文、历史等课程，既使在担任北京辅仁大学校长之后。
民国二十六年（1937年），卢沟桥事变爆发后，北平被日军侵占。陈垣身处危境，坚决与敌斗争。
民国二十七年（1938年）5月，日本侵略军攻占华北重镇徐州之后，日伪政府强迫北平全市悬挂日伪国旗，并强令群众上街游行，以示庆祝。辅仁大学及其附属中学坚决拒绝执行挂旗、游行等无理要求。结果日伪震怒，强令辅仁大学及附属中学停课3天，并多次派人找校长陈垣“质问”。陈垣回答道：“我们国土丧失，只有悲痛，要庆祝，办不到！” 坚决不挂旗，不游行，与日伪不屈抗争。
陈垣在元史、历史文献学、宗教史等领域皆有精深研究，留下了十几种专著、百余篇论文的丰富遗产。陈垣主要的著述有《元西域人华化考》《校勘学释例》《史讳举例》及《通鉴胡注表微》等，另有《陈垣学术论文集》行世。陈垣与陈寅恪并称为“史学二陈”，二陈又与吕思勉、钱穆并称为“史学四大家”。 他的许多著作成为史学领域的经典，有些被翻译为英、日文，在美国、德国、日本出版。
民国十五年（1926年）至1952年，任辅仁大学校长。1949年以前，他还担任过京师图书馆馆长、故宫博物院图书馆馆长。1949年后，任中国科学院历史研究所第二所所长。1952年至1971年，任北京师范大学校长。
在上个世纪六十年代那场大动乱，陈垣被软禁。19
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