1917年，劉文典由陳獨秀介紹，到北大任教，教授「古典文學」、「《文選》」「古籍校勘學」等課程。當時，劉文典革命的餘熱尚存，在「五四」運動中，他為學生充當「守夜犬」，並積极參与驅逐教育總長章士釗的運動，但隨後而來的女師大風潮、「三一八慘案」和章士釗的下台，卻讓劉文典感到疲憊和失望。從此劉文典「告別革命」，開始沉入校勘古籍，潛心治學。
劉文典平生一直致力於古籍的校勘，他在在課堂上常對學生說：「每部古籍，都有一個傳抄、刊印的過程，長的幾千年，短的數十年，錯誤實在難於避免。託名偽作的、篡改古籍的不乏其人。看不出問題，真偽不分，曲為解說，就要謬種流傳，貽笑大方。搞校勘，須精通文字、聲韻、訓詁之學，要有廣博的文化、歷史、名物制度的知識，版本、目錄之學也得認真研究。」
1923年，劉文典的《淮南鴻烈集解》共二十一卷由商務印書館出版。胡適應劉文典之請，破例用文言文為其作序，在序中絲毫不吝嗇溢美之詞：「叔雅治此書，最精嚴有法……其功力之艱苦如此，宜其成就獨多也。」此後，胡適又在自己的著作《中國思想史長編》中給予此書高度評價：「近年劉文典的《淮南鴻烈集解》，收羅清代學者的校著最完備，為最方便實用的本子。」此書出版後，劉文典一時在學術界聲名大噪。
劉文典的《淮南鴻烈集解》一出版，就引起了學界的關注。當時，胡適和梁啟超應《清華周刊》之請，給青年人開過一份最低限度的國學書目。胡適的在書目中自然推薦了好友劉文典的這本《淮南鴻烈集解》。而當時對胡適所開書目嗤之以鼻的梁啟超，在自己重新開列的《國學入門書要目及其讀法》中，也推薦了劉文典的這本新書，梁說：「《淮南子》，此為秦漢間道家言薈萃之書，宜稍精讀，注釋書聞有劉文典《淮南鴻烈集解》頗好。」
魯迅「主張年青人少讀中國書的，或者乾脆不讀」，但在聽說同門劉文典的《淮南鴻烈集解》一書正式出版後，特意去商務印書館買了一套，並將此事寫入日記。
劉文典點校《淮南子》時，曾致信胡適道：「弟目睹劉績、庄逵吉輩被王念孫父子罵得太苦，心裡十分恐懼，生怕脫去一字，後人說我是妄刪；多出一字，後人說我是妄增；錯了一字，後人說我是妄改，不說手民弄錯而說我之不學，所以非自校不能放心，將來身後虛名，全繫於今日之校對也。」
1923年，劉文典的《淮南鴻烈集解》出版，該書在學界引起轟動，十年間曾重印三次。二十五年後，劉文典重新點校的《淮南鴻烈集解》刊行，此書在原書的基礎上，加入了其二十多年讀書、教學中遇到的新材料、新思考。
劉文典校勘《淮南子》時，需要查閱《道藏》典籍。劉文典聞說北京白雲觀里珍藏有明朝正統年間刊印的《道藏》一部，於是，他請朋友幫忙，始住進白雲觀，得以翻看此典。他在白雲觀潛心翻檢《道藏》，平日足不出戶，經常是茶飯不思、寢食難安，以致患上極為嚴重的神經衰弱症，後養息調理了半年方才漸漸好轉。
劉文典常通宵達旦地看書，常常雞鳴時上床，到第二天下午一兩點鐘吃早飯，其著作多在夜間完成。夜間讀書時，常茶、煙相伴。他的著作有一部分被老鼠啃壞，成為其終生憾事。
劉文典的兒子劉平章回憶也曾回憶他夜間寫作的習慣。他為了能靜心研究學問，總是在夜裡九、十點鐘才開始看書寫作，一直讀到到第二天七八點才睡覺，從來不吃早點。到了中午，飯做好後，夫人張秋華負責叫他起床，並把他「領」出房間。劉平章說：「有時他還朦朦朧朧的，我母親給他夾菜，他看也不看也就吃下去了，他不是那麼重視外表飲食這些學問以外的事情。」
據劉平章介紹，除了在中國古典文化研究上富有建樹外，劉文典還精通英語、日語、德語，平時博覽外文書籍，因此對國際情況形勢也十分熟悉。他曾寫過多篇文章，分析當時的環境形勢，從今天看來都具有極高的政治遠見。劉文典還對醫學頗有研究，並提出了很多新思想。
傅來蘇一次為劉文典收拾書本時，無意中看過的劉所讀的自己著的一本《莊子補正》，他在書頁的空白處用蠅頭小字密密工整地作了許多眉批註釋，其中還有外文。傅來蘇與同學都為劉的治學嚴謹讚嘆不已，看來老師確實做到了他所說的「一字異同，必求碻（同『確』）詁」。
劉文典收藏有許多古籍，其中不乏孤本、善本。抗日戰爭爆發後，劉獨自南下，他寫信給夫人張秋華，讓她到雲南與自己會合，並囑咐張一定要將自己的藏書帶來。張秋華帶著孩子和四大箱書，一路顛簸，最後由於書籍實在不便攜帶，便寄存在香港劉的學生處。日軍佔領香港後，這批書被掠。抗戰結束後，他得知日本將歸還掠奪的中國書籍時，異常高興，但結果卻讓他失望。直到去世，他依舊在找自己的藏書。
劉文典去世後的1961年，劉平章曾向周恩來反映此事，但總理辦公室答覆稱：「鑒於中日關係尚未恢複，目前暫時不宜提這件事。」半個世紀後，劉氏後人終於得知，劉文典的藏書日本早已歸還，但是，當時正是國民黨退守台灣之際，藏書到底現在在何處，卻始終不得而知。
于丹的《〈莊子〉心得》參考文獻中，劉文典的《〈莊子〉補正》位列第二，而位列第一則是《莊子》。