Từ năm 1953, ông chuyển sang công tác nghiên cứu khoa học, làm Trưởng ban Ban nghiên cứu Văn Sử Địa trực thuộc Trung ương Đảng cho đến năm 1959.

Sau đó ông lần lượt đảm nhiệm các chức vụ Viện trưởng đầu tiên của Viện Sử học, Phó chủ nhiệm Ủy ban Khoa học Xã hội Việt Nam.

Ông để lại 290 công trình nghiên cứu và các bản hồi ký là một di sản đồ sộ, ông đã có những cống hiến xuất sắc cho nền sử học đất nước, trong đó cuốn sách "Lịch sử 80 năm chống Pháp" đã đem lại vinh quang cho ông, tác phẩm được đưa vào làm sách giáo khoa trong các trường Đại học. Ông được bầu làm Chủ tịch đầu tiên của Hội Khoa học Lịch sử Việt Nam.

Ngày 28 tháng 7 năm 1969 ông mất tại Hà Nội, thọ 68 tuổi, an táng tại khu A Nghĩa trang Văn Điển, Hà Nội. Năm 1986 hài cốt của ông được chuyển về nghĩa trang Mai Dịch [9].