1929年史语所迁至北平，傅斯年除任史语所所长和研究员外，开始兼任北大历史系教授，讲授《史学方法导论》、《中国上古史专题研究》、《秦汉史》、《中国文学史》等课程。与此同时，他还组织领导了史语所专家对河南安阳殷墟进行发掘，对明清大库档案进行抢救和整理。
    “九·一八”事变后，日本帝国主义侵占我东北三省，并叫嚷“满蒙在历史上非中国领土”，企图使其占领合法化。为了驳斥这一谰言，傅斯年联络几位学者撰写东北历史，并奋笔疾书了第一卷《东北史纲》，用丰富有力的史实证明东北自古就是中国的领土；还在1931年与胡适、丁文江等人创办《独立评论》，撰文声讨日寇侵略，反对妥协投降，制造抗日舆论。1933年2月，日军侵占热河，华北危急。4月，史语所南迁上海，后来又随抗战形势的变化而一再迁移。在这期间，傅斯年在史学研究上也取得了不少成绩，《性命古训辨证》许多有影响的论著都是在这一时期出版和发表的。
    1945年抗战胜利，他被任命北京大学代理校长，翌年胡适自美回国，傅斯年便辞去此职，全力以赴主持历史语言研究所的所务。1948年冬，史语所迁至台湾。同年他又被任命为台湾大学校长，并仍兼任历史语言研究所所长。1950年12月20日，傅斯年出席台湾省参议会，在回答参议员有关教育的询问中突患脑溢血，溘然而逝，年仅55岁。
    傅斯年一生奔波于“非官非学”之间，从新潮社时期的新文化运动健将开始，到台湾大学校长为止，他经常以一人之身而兼多种社会角色，时而学者，时而政论家。然而，傅斯年一生用力最多、成绩最大的是历史学，其成就和贡献主要表现在以下几个方面：
    第一，傅斯年作为史语所的创始人和终身所长，以其惊人的魄力、胆识和超人的组织能力，使史语所这个中国现代学术界最高研究机构不断的发展、壮大，在许多方面取得了巨大的成就。
    首先，傅斯年以史语所为大本营，聚集、培养了一大批学者，首开“集团研究”之先河。傅斯年在史语所民国十七年的报告中，就把“辅助能从事且已从事纯粹客观史学及语学之人”及“成就若干能使用近代西洋人所使用之工具之少年学者”作为聘请、招收和培养研究人员的标准。他把史语所分为历史、语言、考古三组，聘请陈寅恪、赵元任、李济分别为各组主任，并使三组既分别独立又互相联系。他还尽揽了当时学界名流如陈垣、顾颉刚、徐中舒、岑仲勉、董作宾、罗常培、刘半农、李方桂等。对于青年人才他也着意发现和培养，如以后成为大家的陈乐素、张政烺、严耕望、陈述、劳干、全汉升、郭宝均、凌纯声、丁树声等，在当时都是傅斯年所赏识和提拔的“少年学者”。他汲引才流，不外三途：一是由他直接识拔；二是由专家介绍；三是考选。其请托介绍一途，如不以专门名家而藉重军政要员者，必遭其摒弃，不予审查，毫无假借。为此，他还特意在南京《中央日报》上发布告白，公开声明他的这一原则。在他的努力下，史语所成为一个团结协作的科学研究团体，在以后的短短的一二十年里，取得了令人瞩目的成绩。据统计，在傅斯年领导史语所的20多年里，史语所共印行各种专刊30种，单刊25种，集刊22种，《史料丛刊》7种，《中国考古报告集》2种，《人类学集刊》2卷，共刊布论文500余篇。因此，有人认为傅斯年领导的史语所，“是中国做团体研究最成功的”（胡适：《傅孟真先生的思想》，载《中国现代哲学论集》现代篇二，台北牧童出版社）。
    其次，搜集、整理了大量原始资料。傅斯年认为“凡一种学问能扩张他研究的材料便进步，不能的便退步。”因此，他号召史语所的学者们，“上穷碧落下黄泉，动手动脚找东西”，努力搜求整理新材料。傅斯年等人先后为史语所收集到居延汉简1万3千多片、金石拓片2万5千余种计3万3千多幅，以及许多敦煌卷册与善本书。著名的明清档案，也是由傅斯年建议蔡元培以大学院的名义抢先从李木斋的手中购得，而转赠中央研究院并交史语所保管整理的。他亲自组织人力整理这批档案，至抗战爆发，就整理出版了《明清史料》甲、乙、丙3编各10册。 抗战胜利后，丁编10册篇目也已选定，但因时局动乱，未能出版。这40大册《明清史料》的编定，堪称当时史学界之盛事。在整理这批档案时，他们发现有明内阁进呈熹宗实录的散页，而世存《明实录》缺十三卷，傅斯年想从散页中找到所缺的部分，同时校正《明实录》脱漏讹误的文字，于是又制定了校刊《明实录》的计划。他聘请明史专家李晋华主持其事，而且亲自动手作校勘工作。特别值得指出的是，他组织领导的对河南安阳殷墟遗址的15次发掘，发现了大量殷代铜器及甲骨文等，所得器物169万件，有文字的甲骨2万5千片，还出土了1万多件居延汉简和一些西周及战国时代的器物。这些都为先秦史的研究提供了最直接、最可靠的第一手资料。
    复次，领导和组织了对古文化遗址的发掘。傅斯年认为历史学要发展就必须“扩张研究的材料”，而材料范围的扩大，又必须依靠“扩张研究的工具”。他积极主张利用近代考古学知识，“到古文化的遗址去发掘”，改变传统的由文献到文献的研究方式，开辟新的研究领域。因此，傅斯年在1928年史语所成立后，便派董作宾到安阳作考古调查，把考古组的目标投向安阳殷墟。他在向总办事处所作的第一次工作报告中把“安阳调查”工作列为甲项，其说明如下：“安阳之殷墟，于三十年前出现所谓龟甲文字者，此种材料，至海宁王国维先生手中，成极重大之发明。但古学知识，不仅在于文字，无文字之器物，亦是研究要件；地下情形之知识，乃为近代考古学所最要求者。若仅为取得文字而从事发掘，所得者一，所损者千矣。”（载《国立中央研究院十七年度报告》）这可以说是安阳殷墟发掘的理论指导。从1928年起到1937年止，史语所在安阳的15次发掘工作，基本上都是根据这一基本观念展开的。现在看来这些基本观念仅属于考古学的常识，但在视考古为“盗墓”的二三十年代，这篇文字却是中国学术机构第一篇考古发掘的宣言书。傅斯年除确定安阳考古的指导思想外，在考古组人员的延聘、资金筹措和办理行政交涉方面均有成绩。当时参加过发掘工作的石璋如先生回忆说：“安阳的考古工作能有这样的成绩，固然是财力、人力、时间三者配合起来的结晶；实际上仍是由于能克难、能果断、有魄力的孟真所长的英明领导。他对于发掘考古工作可分为两方面：一方面是他鼓励三组同人到田野去发掘；另一方面是他亲自到田野去排解困难，去指导发掘。”（《考古工作》，载《傅所长纪念特刊》，台湾史语所1951年版）殷墟发掘的成功及其报告的出版，对中国上古史研究的发展具有决定性的意义。它不仅拓宽了研究古代历史的资料，证明了甲骨文字的真实性，奠定了古器物学建立的基础，而且还改变了古史研究的发展趋势，在此之后，学者由致力于古史的破坏而转向古史的重建，铜器、甲骨文的研究成果使中国上古史由隐晦而日趋明显，“于是中国信史向上益将三百年！”（《〈殷历谱〉序》）另外，傅斯年还组织领导了对山东城子崖等遗址的发掘，为中国现代考古学的兴起和发展作出了巨大贡献。
    第二，在傅斯年的明确倡导下，在中国现代史学界形成了一个具有庞大声势和广泛影响的学术派别--“科学史学派”。如果说史语所的成立，为这个学派的形成准备了组织机构和学术阵地，那么，他在1928年撰写的《历史语言研究所工作之旨趣》一文，就是为这一学派制定的行为准则和指导思想。