此后，王国维又陆续撰写了《周书顾命后考、《释史、《汉魏博士考三卷、《汉代古文考，分为九编：一曰“战国时秦用籀文，六国用古文说”；二曰“《史记所用古文十字说”；三曰“《汉书所用古文二字说”；四曰“《说文所用古文二字说”；五曰“《说文叙篆文合以古籀说”；六曰“汉时古文本诸经传考，其内又含《周易《尚书、《毛诗、《礼记、《礼经、《周官、《春秋经、《春秋左氏传、《论语和《孝经十篇；七曰“汉代古文诸经有转写本说”；八曰“两汉古文家多用家说”；九曰“科斗文字说”。
一年中，王国维于经史小学考研可谓成果丰硕。而其间还有《殷人以日为祭、《商先公先王考、《殷先妣皆特祭、《殷祭、《外记等著述，他并未收入《学术丛编。其原因除《丛编已编满外，更主要的是王国维已感悟到祭祀乃是殷王室的重大政治事宜，他想以祭祀窥测殷商之迹，揭开殷商古史的神秘面纱，他准备另成专辑。
事有机巧，一天，王国维外出散步至罗振常的蟫隐庐书店，二人正在闲聊，来一售卖书稿的商贩，王国维见其书稿，竟是早有耳闻，未曾亲见的孙诒让在1904年辑成的《契文举例。他如获至宝，欣喜异常。罗振常深知甲骨考释非其兄与王国维莫属，即让书稿给王国维购下。王国维赶回尚明轩，连夜细读，第二天即致书罗振玉，以其事告之，欣喜言道：
“《契文举例连《序共九十六页，每半面，半页十二行，行二十三字，其所释文字虽多误，考证亦不尽然。大辂椎轮，此为其始，其用心亦勤矣。释为“贞”，始于仲老，林博士（日本林辅泰）与之暗合耳。”“孙仲颂书中言《铁云藏龟中有（射）字，检之果然。公书《殷墟书契考释中考释此类时，似遗漏此字。”他在信中还特别称赞说：“我辈因颂老而重其书，又以其为此学开山更特别重之。”
罗振玉见信后，再检视孙诒让当年送他的《契文举例手稿，不禁唏嘘追思，更感叹王国维用心缜密。因当年孙诒让未曾刊印，只有手抄稿本，数量不多。罗振玉遂又出资予以刊印，使得甲骨考释的开山之作得以传世。
一日，哈同夫妇引王国维到了一处名为“戬寿堂”的藏室。哈同打开十只木匣，里边存放许多甲骨，然后告诉王国维，这千余枚甲骨，都是当年刘鹗被流放新疆后，他从刘鹗后人那儿买到的。
原来，当年刘鹗流放新疆后，端方抄家时只抄了南京一处，上海、淮安及北京等处并未抄查，而甲骨正在几个儿子住处，故并未被抄走。但几个儿子都意研究甲骨，所以后来几乎都转卖他人。戬寿堂这一千多片甲骨是经刘鹗表兄卞子休之手卖给哈同的。
王国维自是十分惊异，没想到罗叔言亲翁刘鹗的遗物竟在哈同手中，但他未言此意，只说道：“殷商遗物，片骨只字，皆足资考证。”随后，他细细比对，发现这些甲骨并没有被刘鹗收入《铁云藏龟之中，他便精心遴选、墨拓，编撰成《戬寿堂所藏殷墟文字一卷，后又详为考释，辑成《戬寿堂所藏殷墟文字考释一卷。书中考释出的殷先公先王名号，多为罗振玉的《殷虚书契前编和《后编所未见。还有一些连读卜辞因龟甲散裂而分居异处的，王国维细心缀合，得以考释其详。
丙辰秋（1916年），罗振玉将《殷墟书契考释之外的有待考释的一千多甲骨文字，拓成《殷墟考释待问编，寄给王国维，附信言道：“此书舍公外，殆第二人能读之。”王国维仔细研读，在《待问编上注释出20余字，他也将11个欲识而未能确定的甲骨文字，寄给罗振玉磋商。
王国维曾反复考释过毛公鼎、大盂鼎、克鼎和虢季子白盘等三代器物铭文，且通晓《尚书、《诗经、《礼经、《易经等经籍典藏，对《楚辞、《山海经、《竹书纪年、《史记等也曾深入研究。此又通览了刘鹗、罗振玉和孙诒让等人的数万字的甲骨墨拓本或摩写本，并实物考释了哈同戬寿堂所藏甲骨，积累可谓丰厚。
厚积薄发，王国维在考释甲骨文这些新出土的“地下之学问”的同时，联想到古藏典籍中所载的“纸上之材料”。他在诸多的甲骨拓本中发现“夋（帝喾）、相土、季、王亥、王恒、上甲、报丁、报乙、报丙、主壬、主癸、大乙、唐、羊甲、祖、父、兄、河亶甲、盘庚、武丁”等词语出现频率甚高，乃恍悟：这应该就是古书中记载的殷商历代先公先王名谥。如对反复出现于甲骨文中的“王亥”二字，他曾于《山海经、《竹书纪年、《楚辞.天问中熟知“王亥服牛”（驯养野牛为家畜）的故事。《山海经记载“殷王子亥宾于有易而淫之，有易之君绵臣杀而放心，是故殷主甲微假师河伯以伐有易，遂杀其君绵臣。”屈原的《楚辞.天问中也有关于王亥与有易故事的记述：
“该秉季德，厥父是臧，
胡终弊于有易，牧夫牛羊？
干协时舞，何以怀之？
平胁曼夫，何以肥之？
有易牧竖，云何而逢？
击床先出，其命何从？
恒秉季德，焉得夫朴牛？
何往营班禄，不但还来？
昏微遵迹，有易不宁。
何繁鸟萃棘，负子肆情？
眩弟并淫，危害厥兄；
何变化以作诈，后嗣而逢长？
其文译作：
王亥秉承王季之德，受到他的父亲褒奖。
为何终遭有易之难，当他在此放牧牛羊？
王亥持盾跳起武舞，为何就有女子爱他？
有易女子娇好妙曼，为何王亥能够配她？
有易国的放牧小子，又在哪里撞破私情？
凶器击床王亥已出，如何得以保存性命？
王恒秉承王季之德，哪里得到大牛满栏？
为何去求有易赐禄，却不能够安然回返？
上甲微能追随祖迹，有易国就不得安宁。
为何众鸟集于树丛，他会与其子妇偷情？
弟弟昏乱共为淫虐，因此危害他的兄长。
为何善变狡诈多端，他的后代反而盛昌？
《天问如天书，自古难通。对于“王亥”之说，过去史学界往往认为它只是子虚乌有的传说，此经甲骨文考释，王国维证实商史确有其人，并考证出“王亥与上甲微之间，又当有王恒一世”。由甲骨考释，将虚缥缈的传说，确证为尘封已久的历史，王国维欣然道：“以《世本、《史记所未载，《山海经、《竹书所不详，而今于卜辞得之，《天问之辞，千古不能通其说，而今由卜辞通之。此治史学与文学者所当同声称快也。”
通过甲骨文考释，王国维确认《史记中关于商代先公先王的记载基本是正确的，但也有个别差之处。1917年，经反复考证，他撰写出《殷卜辞中所见先公先王考。书中他把商汤未伐灭夏桀王时的商族首领称为“公”，把商汤之后的商朝国君称为“王”，共有14“公”、31“王”，分别是：
公：契（玄鸟生商）、昭明、相土、昌若、曹圉、冥、王亥（高祖）、王恒、上甲微、报乙、报丙、报丁、主壬、主癸；
王：汤（汤灭夏桀）、太丁、外丙、中壬、太甲、沃丁、太庚、小甲、雍己、太戊、中丁、外壬、河亶甲、祖乙、祖辛、沃甲、祖丁、南庚、阳甲、盘庚、小辛、小乙、武丁、祖庚、祖甲、廪辛、康丁、武乙、文丁、帝乙、帝辛。
由此，王国维总结出研究古史的确证方法——二重证据法。他欣言：“吾辈生于今日，欣于纸上之材料，更得于地下之新材料，由此种材料，吾辈固得据补证纸上之材料，亦得证明古书之某部分全为实录，即百家不雅训之言也不表现一面之事实。此二重证据法，唯在今日始得为之。”
此后，王国维又综合古籍记载和甲骨卜辞的呈现，开始考核夏商周三代地理状况，可刚动笔不久，他便又萌生一个大胆设想——以地理变迁为线迹，考核殷周社会制度。
他在9月1日写给罗振玉的信中说道：“前日拟作《续三代地理小记，动笔伊始，思想又变，欲改论周制与殷制异同。”9月9日又致信罗振玉说：说：“《殷周制度论至今日始脱稿，约得二十纸。此文根据《尚书、《礼经与卜辞立说。”9月13日三致罗振玉信中说：“《殷周制度论于今日写定。”他从对夏商周三代都邑、宫室、宗庙等地理变迁的考证开始，逐步寻找夏商周三代社会制度变化的踪迹。
《殷周制度论开篇便提出了“中国政治与文化之变革，莫剧于商周之际。”然后剖析商周之际都邑的变迁——“都邑者，政治与文化之标征也……自五帝以来，政治、文物所自出之都邑，皆在东方。惟周独崛起于西土……都邑之自东方而移于西方，盖自周始。”继而从都邑的变迁探寻制度变革的踪迹，王国维认为“殷、周间之大变革，自其表而言，不过一姓一家之兴亡与都邑之移转；自其里而言，则旧制度废而新制度兴，旧文化废而新文化兴。”在制度方面，他深入比较周制和殷制的不同，述曰：“商朝的统治之法是以兄终弟及为主，父死子继为辅。”而“周人制度之大异于商者，一曰立子立嫡之制，由是而生宗法及丧服之制，并由是而有封建子弟之制，君天子、臣诸侯之制。二曰庙数之制。三曰同姓不婚之制。此数者，皆周之所以纲纪天下。”
王国维还十分推崇西周的制度与道德教化融合，他说：“周世一切典礼皆由制度出，而一切制度典礼皆所以纳天子、诸侯、卿大夫、士、庶人于道德，而合之以成一道德之团体，政治上之理想，殆未有尚于此者。”