Các công trình nghiên cứu, dịch thuật xếp theo thời gian:

1. Dẫn luận nghiên cứu văn học do G. N. Pospelov chủ biên (dịch chung với Lại nguyên Ân, Lê Ngọc Trà, Nguyễn Nghĩa Trọng, Nhà xuất bản GD, 1985, 2 tập. Năm 1998 tái bản bỏ bớt một số chương, chỉ còn 1 tập.
2. Giáo trình Lí luận văn học, tập 1 và 2, viết chung 1986 và 1987. Ông viết 11 chương trên 30 chương của bộ sách.
3. Thi pháp thơ Tố Hữu, Nhà xuất bản. Tác phẩm mới, 1987. Tái bản 5 lần.
4. Tư tưởng văn học Trung Quốc của I. S. Lisevich, Nhà xuất bản. ĐHSP. Hồ Chí Minh, 1990. In lại nhiều lần tại Nhà xuất bản. Giáo dục.
5. Một số vấn đề thi pháp học hiện đại trong chương trình văn học phổ thông, Vụ giáo viên xuất bản, 1993. Tài liệu bồi dưỡng giáo viên. Do Vụ Giáo viên, Bộ GD và ĐT đặt hàng nhằm nâng cao trình độ giáo viên.
6. Những vấn đề thi pháp Dostoievski, dịch chung với Lại Nguyên Ân và Vương Trí Nhàn, Nhà xuất bản. Giáo dục, 1993. Tái bản năm 1998.
7. Những thế giới nghệ thuật thơ, Nhà xuất bản. Giáo dục, 1995. Nối bản in lại nhiều lần.
8. Lí luận và phê bình văn học, Nhà xuất bản. Hội nhà văn, 1996. Giải thưởng Hội nhà văn năm 1997, tái bản 6 lần tại Nhà xuất bản. Giáo dục.
9. Thi pháp thơ Đường, viết và dịch chung với Nguyễn Khắc Phi, Nhà xuất bản. Giáo dục, Đà Nẵng, 1997.
10. Một số vấn đề thi pháp văn học trung đại Việt Nam, Nhà xuất bản. Giáo dục, 1998. Tái bản 2 lần.
11. Dẫn luận thi pháp học, Nhà xuất bản. Giáo dục, 1998.
12. Đọc văn học văn, (tập hợp những bài phân tích bình luận văn học trong nhà trường in trên báo và các sách), Nhà xuất bản. Giáo dục, Hà Nội, 2001.
13. Ngôn ngữ nghệ thuật thơ Đường của hai tác giả Mĩ gốc Hoa Cao Hữu Công và Mai Tổ Lân, dịch chung với Lê Tẩm, NXb Văn học, Hà Nội, 2001.
14. Văn học và thời gian, Nhà xuất bản. Văn học, 2002, tái bản năm sau, 2003. Tập hợp những bài viết về văn học và văn hoá.
15. Thi pháp Truyện Kiều, Nhà xuất bản. Giáo dục, 2002. Tái bản 8 lần, bổ sung xuất bản tại Nhà xuất bản. Đại học Sư phạm, Hà Nội, 2018.
16. Bốn bài giảng mĩ học. Sách dịch của Lý Trạch Hậu, dịch chung, Nhà xuất bản. Đại học Quốc gia, Hà Nội, 2004. Tái bản 2005.
17. Dẫn luận thi pháp học (phiên bản thứ ba), Nhà xuất bản. Giáo dục, Hà Nội, 2004. Tái bản 2008.
18. Từ điển thuật ngữ văn học, đồng chủ biên. Về sau, Trần Đình Sử đã chỉnh lí toàn bộ, bổ sung, Nhà xuất bản. Giáo dục, 2004, tái bản nhiều lần.
19. Giáo trình Lí luận văn học, Tập 1 và tập 2, viết mới, Nhà xuất bản. Đại học Sư phạm Hà Nội, 2003 và 2004, tái bản nhiều lần.
20. Tự sự học: Một số vấn đề lịch sử và lí luận, Chủ biên, Nhà xuất bản. Đại học Sư phạm, Hà Nội, 2003, tái bản 2007 và 2016.
21. Văn học so sánh, lịch sử và triển vọng, Chủ biên, Nhà xuất bản. Đại học Sư phạm Hà Nội, 2004.
22. Trần Đình Sử tuyển tập, hai tập, Nhà xuất bản. Giáo dục, Hà Nội, 2004, 2005.
23. Sách giáo khoa Trung học cơ sở, chủ biên phần làm văn (2003 đến nay)
24. Sách giáo Khoa Ngữ Văn, Trưởng nhóm soạn thảo chương trình, Tổng chủ biên bộ nâng cao 2003 -2006, sử dụng cho đến nay.
25. Tự sự học, những vấn đề lịch sử và lí thuyết, tập 2, chủ biên, Nhà xuất bản. Đại học Sư phạm, Hà Nội, 2007.
26. Lí luận văn học, tập 2, Nhà xuất bản. Đại học Sư phạm, 2008. Tái bản nhiều lần.
27. Tuyển tập nghiên cứu văn học, Nhà xuất bản. Hội nhà văn, 2012.
28. Một nền Lí luận văn học hiện đại, nhìn qua thực tiễn Trung Quốc. Nhà xuất bản. Đại học Sư phạm, Hà Nội, 2012.
29. Trên đường biên của Lí luận văn học, Nhà xuất bản. Văn học, 2014. Tái bản 2015, Giải thưởng Hội nhà văn Hà Nội, 2015.
30. Kí hiệu học văn hoá, dịch chung với Lã Nguyên, Đỗ Hải Phong, Nhà xuất bản ĐHQG, 2014.
31. Tự sự học, lí huyết và ứng dụng, chủ biên, Nhà xuất bản. Giáo dục, Hà Nội, 2017.
32. Dẫn luận thi pháp học văn học (phiên bản mới), Nhà xuất bản. Đại học Sư phạm, Hà Nội, 2017.
33. Môn ngữ văn và dạy học ngữ văn trong nhà trường phổ thông, Nhà xuất bản. Đại học Sư phạm, Hà Nội, 2018.
34. Đọc văn học văn, bổ sung, Nhà xuất bản. Tri thức, 2018.

Ngoài các tập sách trên Trần Đình Sử còn viết, chủ biên trên 100 cuốn gồm sách giáo khoa, sách hướng dẫn giảng dạy, sách bài tập, sách hướng dẫn làm văn cho học sinh các lớp từ lớp 6 đến lớp 12, góp một phần đổi mới dạy học văn học, ngữ văn trong trường phổ thông.