Sau khi hết tang cha, năm 58 đời Hán Minh Đế, Ban Cố bắt đầu thực hiện việc biên soạn sách Hán thư. Được 5 năm (62), có người mang việc này tố cáo cho Hán Minh Đế biết. Theo quy định đương thời, việc tự ý sửa đổi quốc sử là bất hợp pháp, do đó Ban Cố bị bắt giam[3].

Em Ban Cố là Ban Siêu đến Lạc Dương tìm cách biện hộ cho ông, cùng lúc đó các quan lại địa phương dâng "Hán thư" lên Hán Minh Đế. Minh Đế xem sách, tỏ ra khâm phục tài năng của Ban Cố, bèn ra lệnh cho ông ra khỏi ngục và phong làm Lan đài lệnh sử, phụ trách việc quản lý sách vở của triều đình; sau đó lại thăng làm Lang quan, chuyên hiệu đính công văn giấy tờ mật của triều đình[4].

Theo lệnh của Hán Minh Đế, Ban Cố tiếp tục biên soạn Hán thư. Ông cùng Trần Tông, Doãn Mẫn, Mạnh Dị soạn "Thế sự bản kỷ", sau lại viết thêm 28 thiên liệt truyện.

Công trình này của Ban Cố bắt đầu từ năm 58, qua thời Minh Đế đến thời Chương Đế, đến năm 82 mới hoàn thành, tất cả trong 25 năm. Hán thư của Ban Cố bắt đầu các sự kiện từ khi thành lập nhà Hán tới khi nhà Tân diệt vong, tất cả 230 năm, gồm 100 thiên: 12 kỷ, 8 biểu, 10 chí, 70 liệt truyện.

Tuy tiếp thu cách làm và sử liệu của Tư Mã Thiên khi viết Sử ký, Ban Cố đã tạo ra cách soạn sử riêng. Ông không đề cập các thời đại trước nhà Hán như Tư Mã Thiên mà chỉ tập trung vào viết sử về nhà Hán. Ban Cố cho rằng, thể loại kỷ truyện của Sử ký bao quát một thời kỳ quá dài, làm mờ nhạt vai trò của nhà Hán đương thời, do đó ông chỉ lựa chọn giai đoạn nhà Hán làm sách. Ban Cố viết sách trên tư tưởng độc tôn vị trí của nhà Hán trong sách, chuyển Hạng Vũ từ "Bản kỷ" trong Sử ký sang liệt truyện vì Hạng Vũ không phải vua nhà Hán. Tương tự với Vương Mãng cũng chỉ xếp vào phần liệt truyện. Ông bổ sung thêm thiên bản kỷ về Hán Huệ Đế mà Sử ký gộp vào trong bản kỷ về Lã hậu.

Về mặt tư tưởng, qua Hán thư, Ban Cố còn đề cao tư tưởng Nho giáo, ca ngợi giai cấp thống trị và bảo vệ tư tưởng của giai cấp thống trị đương thời, chỉ trích Sử ký là "vô quân vô thần". Hán thư mang tư tưởng "trung quân" đậm nét. Điều đó khiến Hán thư được triều đình tiếp nhận nồng nhiệt[5].

Cách viết sử chỉ tập trung về một triều đại của Ban Cố ảnh hưởng rất lớn đến đời sau. Nhiều sử gia sau ông học tập cách làm sử của ông, chỉ viết sử về một triều đại hay một giai đoạn lịch sử.

Sử gia hiện đại Hsu Mei-ling phát biểu rằng phong cách viết của Ban Cố trong các phần về địa lý đã thiết lập xu hướng cho việc thiết lập các tiết đoạn địa lý trong các văn bản lịch sử, và có thể nhất là đã khuấy động xu hướng về từ điển địa lý tại Trung Quốc cổ đại[6].