先是，先生初入史语所时，尝从罗常培先生问训诂。罗先生意训诂亦语言研究之一部分，若由现代语言学之词汇学、语意学、语源学入手，当能理出头绪云。其后先生时念以语言学知识运用於古书训解，而苦无机会。四十七至四十八年间，受高本汉先生著《诗经注释》激发，立意尝试为之。系主任台静农先生对此亦表支持，因召集学生数人，每周举行「古籍训解讨论」一次，利用《诗经》、《战国策》为材料，根据现代语文学基本知识，先排除不可理解有悖常理或不能持之有故之说，再尝试建立可理解可信之说解。一年之中，积极结论虽不多，而众人从此知训诂之不能任意为之，如有所见，必有所据而人皆可理解，至若有未能解决之问题，实因蒐集整理资料之基本工夫不足之故。四十九年，出版《高本汉诗经注释》中译本。自云翻译此书之意，在使有志趣之年轻学者多多领悟：虽读古书，而现代工具与方法极为重要。先生坚信若有一学者，与高氏唯一之异，仅在幼年所受薰陶为中国或为西洋文化背景之异，是二人解读《诗经》，在语文学知识方法所能掌握之范围内，必不致有基本之差别。
　　五十年二月廿一日，先生在史语所讲论会发表演讲，题为「古籍训解和古语字义的研究：一个工作计划的拟议」，提议逐部整理中国古籍，以单一古籍为单位，研究其语法及语汇，以此为基础，再从事整体比较研究。会中劳干先生云：「先生所为系发凡起例之工作，何时完成，不可预料，惟此乃一方向。」先生逝世后，郑再发先生整理其遗物，内有该次演讲之草稿，其文末云：「又有人说：照你那麼说，要多少年做完呢？这我完全不能回答。显然的，这不是一个人所能做完的，一个人如要做出一些可观的成绩，毕生从事也还有希望。然而，我们都知道，近代的学问渐渐不是一家之学了。这个计划如值得做，史语所这个团体是责无旁贷的，在团体的进行之下，假我数年，……。」此未完之稿竟停笔於此，而天不假年，对於训诂学之计画终未能著手实行。
　　五十二年春，先生带领学生郑再发、丁邦新、郑锦全、严棉等，调查高雄县之南邹语，步行十二小时陡峭山路始达目的地。调查期间日间记音，夜间督导学生制卡分析，工作繁重，导致胃痛不堪。下山后住院检查，诊断为黄疸阻塞，开刀不治，於同年六月十八日逝世，享年五十三岁。身后留下遗孀及二子。
　　先生任教台大中文系前后十五年，学生龙宇纯、杜其容、郑再发、丁邦新、梅广、郑锦全等均能发扬先生之学，为语言学界当代重要学者。先生访问哈佛大学二年期间，梅祖麟先生适就读该校，得有机会向先生请益受教，执弟子之礼。学生之中，丁邦新、梅祖麟、郑锦全三位今皆为中央研究院院士。
　　先生生前出版之专著有《上古音韵表稿》、《中国语音史》、与赵元任先生等合撰之《湖北方言调查报告》等，译著有《高本汉诗经注释》。身后出版者有《邹语研究》、《语言学大纲》、《汉语音韵学》（即《中国语音史》之完整原稿）、与赵荣琅及蓝亚秀合著之《记台湾的一种闽南话》、丁邦新先生所编《董同龢先生语言学论文选集》等。先生不仅於汉语古音研究有重要成就，於汉语方言研究复突破以往仅据《广韵》字表调查之限制，增以长篇语料，更能真切掌握语言事实。其〈四个闽南方言〉又开方言比较研究先河，方言之历史音韵研究基础於焉奠立。罗杰瑞（Jerry Norman）先生即受该文启发，而研究比较闽语有成，此亦可谓先生学术影响之一端。先生所治，於汉语之外，更及於南岛语言，其领域之宽广、治学之严谨、眼光之远大，有后学所不能及者。