Рыбаков проводил крупные раскопки в Москве и Подмосковье, Великом Новгороде, Звенигороде, Чернигове, Переяславле-Русском, Белгороде-Киевском, Тмутаракани, Путивле, Александрове и др. Им были целиком раскопаны древнерусские замки Любеч и Витичев, что позволило реконструировать облик небольшого древнерусского города. В наибольшей мере научное значение из работ Рыбакова до настоящего времени сохранила монография «Ремесло Древней Руси», охватывающая период до XV века включительно. Там ученому удалось доказать, что на Руси до монгольского нашествия существовали многие ремесла, в том числе сложная обработка металлов. Рыбаков также установил на обширном археологическом материале, что городские ремесленники на Руси, объединялись в корпорации, подобные западноевропейским цехам. В то же время он преувеличивал уровень развития в ремесла в Древней Руси, утверждая, что оно не уступало ремеслу западноевропейских государств. Рыбаков пытался реконструировать язычество древних славян, главным образом посредством анализа фольклора: сказок, былин, обрядов и т. д., хотя фольклористы во второй половине XX века крайне скептически относились к возможности выделить в сказках или былинах древний мифологический субстрат. Реконструированный Рыбаковым пантеон языческих богов представляет собой его собственные гипотезы, которые в настоящее время невозможно ни подтвердить, ни опровергнуть. Ряд теорий Рыбакова был ошибочен с самого начала. Так, он утверждал, что Киев был основан в V веке, несмотря на отсутствия там городского слоя вплоть до IX века, и добился широко празднования в государственном масштабе 1500‐летия основания Киева в 1982 году. Рыбаков настаивал: «Более тысячи лет назад, в IX в. н. э., в восточной половине нашего континента сложилось огромное и исторически важное государство – Киевская Русь, воспетое былинами, скандинавскими сагами, половецкими песнями, описанное арабскими и персидскими географами, византийскими хронистами и русскими историками-летописцами. Его ядром был древний культурный центр Восточной Европы – Среднее Приднепровье, где уже за четыре тысячи лет до князя Владимира жили земледельческие племена. Его окраины упирались на юге в тысячеверстные просторы степей, доходя местами до «Русского» – Черного – моря, а на севере до Балтики и непроходимых таежных массивов Заволжья». Рыбаков полагал, что скифы-пахари, упоминаемые Геродотом в V веке до нашей эры, в отличие от кочевых скифов-скотоводов, – это славяне, хотя никаких данных об этом у античного историка нет, а упоминание этнонима «скифы» скорее заставляет предположить, что речь может идти о каком-то иранском народе.
Рыбаков считал славянской Трипольскую археологическую культуру, существовавшую между Днепром и Дунаем за 3000–5000 лет, хотя это утверждение было абсолютно бессмысленным. В столь древние времена еще не существовало ни германских, ни славянских, ни балтийских языков. Рыбаков был убежденным антинорманистом. Он отождествлял русов и славян, а норманнов рассматривал только как наемников у славянских князей. Рыбаков считал легендарного Кия киевским князем VI века и доказывал, что понятие «Русская земля» сложилось уже к середине VI века, и отрицал возможность завоевания славян норманнами, равно как и скандинавское происхождение этнонима «Русь». Рыбаков также отрицал наличие большого числа скандинавских древностей на территории Древней Руси, причем в различных регионах.
По воспоминаниям А.А. Зимина, «на эстраде Рыбаков – чародей. Он по натуре свой иллюзионист-импровизатор. К своему выступлению – сеансу магии – он никогда не готовится, полагаясь на свои чары. Его задача не убедить слушателя, а заворожить, передать аудитории магнетические волны собственной убежденности. Его волевой импульс дополняется колдовским действом, атрибутами которого бывают обычно всевозможные схемы, карты, рисунки, диапозитивы. Таинство псевдоученых рассуждений и образность изложения, помноженные на авторитет ученого и притягательную силу власти, довершают дело. «Нельзя, чтобы было не так, раз такой человек так уверенно говорит».
Рыбаков является автором книг: «Древности Чернигова» (1949), «Древняя Русь. Сказания. Былины. Летописи» (1963), «Первые века русской истории» (1964), «Русские датированные надписи XI–XIV веков» (1964), «Русское прикладное искусство X–XIII веков» (1971), «Слово о полку Игореве и его современники» (1971), «Русские летописцы и автор «Слова о полку Игореве» (1972), «Геродотова Скифия. Историко-географический анализ» (1979), «Язычество древних славян» (1981), «Киевская Русь и русские княжества XII–XIII веков» (1982), «Язычество Древней Руси» (1987), «Пётр Бориславич. Поиск автора «Слова о полку Игореве» (1991), «Стригольники. Русские гуманисты XIV столетия» (1993) и др.
