Quốc sử di biên ghi chép các sự kiện xảy ra trong giai đoạn 1802-1847, trải qua các đời Gia Long, Minh Mạng, Thiệu Trị; đề cập đến nhiều phương diện như: chiếu dụ, pháp lệnh, kiến chế, ngoại giao, xã hội, tập tục... Ngoài ra, sách còn chép khá tường tận về các nhân vật nổi tiếng trong lịch sử Việt Nam như Tuệ Tĩnh, Hà Tông Quyền... Có nhiều chuyện nằm bên ngoài quốc sử triều đình là quyển Đại Nam thực lục, nên rất có giá trị nghiên cứu lịch sử. Hơn nữa, bản thân tác giả từng phục vụ trong nội các triều đình, từng giữ chức Thị giảng ở Viện Tập hiền và Kinh diên khởi cư trú nên rất am hiểu về các sự việc trong nội bộ triều Nguyễn, do đó, càng làm tăng thêm mức độ tin cậy của quyển sách này. Trong Quốc sử di biên, Phan Thúc Trực ghi chú nhiều chỗ, liên quan đến các sự thật lịch sử, lại có thêm phần Tham bổ ngoại truyện, dẫn người đọc đến một tác phẩm khác của ông là Trần Lê ngoại truyện.

Theo học giả Trần Kinh Hòa, thì Quốc sử di biên là một bộ sử tư nhân, được tác giả ghi chép khá kỹ càng, với tinh thần thẳng thắng, không né tránh sự thật, cung cấp cho người đọc một cách nhìn đa chiều về các sự kiện và nhân vật mà nó đăng tải... Bởi tác giả của nó không chịu áp lực của nhà cầm quyền đương thời như là các sử quan biên soạn bộ Thực lục hay Liệt truyện. Ông cho rằng đây là một bộ "tín sử" có giá trị đặc biệt "thiết tưởng không có quyển sách nào hơn được" đối với những người muốn nghiên cứu sử ký về triều Nguyễn.

Quốc sử di biên cung cấp nhiều thông tin quan trọng, giúp các nhà nghiên cứu sử sau này làm sáng tỏ được nhiều vấn đề thú vị:

Về quốc hiệu Đại Nam

Chẳng hạn như sách chép về việc nước ta vào đời Minh Mạng (1820 - 1840) quốc hiệu là Việt Nam, đến năm (1838) được đổi là Đại Nam (hay Đại Việt Nam) như sau: "Năm Mậu Tuất (1838; Minh Mạng thứ 19) ngày 2 tháng 3 đổi tên nước là Đại Nam. Lời chiếu viết rằng: Đức Triệu tổ dựng nên cơ nghiệp ở phía Nam, kíp đến Đức Thế tổ lấy được cả đất Việt Thường, nhân dân ngày càng đông, lãnh thổ thêm rộng, nhập lại thành bản đồ. Nay đổi tên nước là Đại Nam kể từ năm Minh Mạng thứ 20 hoặc gọi là nước Đại Việt Nam cũng được". Sau đó, sách Minh Mạng chính yếu của Nguyễn Trọng Hợp (quyển I, tờ 44a-44b) có in kèm Đạo dụ ban hành quốc hiệu Đại Nam vào năm Minh Mạng thứ 19 (1838).

Nghi vấn Ngọc Hân

Xưa nay, khi nhắc về Công chúa Ngọc Hân, người ta vẫn thường nhắc nhiều đến câu ca dao:

Tương truyền câu ca dao trên lan truyền trong dân gian tại vùng Thuận Hóa cho đến những năm đầu thế kỷ XX. Thậm chí một số học giả cũng cho câu ca dao này ám chỉ công chúa Ngọc Hân và bà đã lần lượt có hai đời chồng, cả hai đều là những bậc "anh hùng" của Việt Nam, nhưng lại là hai kẻ thù không đội trời chung là Nguyễn Huệ - Quang Trung và Nguyễn Ánh - Gia Long.

Sự thật lịch sử này đã được nghiên cứu và xác minh lại căn cứ trên Quốc sử di biên là trên thực tế, Lê Ngọc Hân chưa bao giờ lấy vua Gia Long. Phan Thúc Trực đã chép như sau:

Người có 2 đời chồng vua thực ra là em gái bà là Lê Thị Ngọc Bình (có tài liệu chép là Lê Ngọc Bình), từng là vợ vua Cảnh Thịnh, sau khi nhà Tây Sơn sụp đổ, vì có nhan sắc đã được vua Gia Long lấy làm vợ, phong lên đến Đệ tam cung (hàng phi) và đã có với Gia Long hai người con trai.