胡三省的著作除《資治通鑒音注》外，尚有《通鑒辨誤》十二卷，《通鑒小學》二卷，《竹素園稿》一百卷。後兩部已失傳。胡三省曾編《通鑒地理考》一百卷，稿成後，見到同代學者王深寧(王應麟)的作品與自己所著大略類同，輒毀去原稿，不傳於世。可見其治學態度之嚴謹。
貢獻
注資治通鑒
胡三省所撰《通鑒音注》的體例演變，大體分為兩個過程：先是按唐陸德明《經典釋文》的體例，寫成《廣注》、《通論》、《辨誤》三書;稿軼重撰時，總成為《資治通鑒音注》。此書對《通鑒》記載的有關典章制度、音韻訓詁都有詳細註釋，特別是對音訓、地理諸項，考證尤為精詳，訂謬殊多。古代對於《通鑒》的註釋，卷帙浩繁，歷來以此書聲價最高，是目前研究《通鑒學》最完整的參考資料。
胡三省注《資治通鑒》在文化和思想領域裡的貢獻主要表現在以下幾方面：
音注
《資治通鑒》有許多人名、地名、術語，非常怪僻，難以為時人所解讀。胡三省在《資治通鑒音注》中為之一一作注。如《周紀三》「彗星見」，胡註：「彗，詳歲翻;又除醉翻，旋芮翻。見：賢遍翻。」又如在《漢紀三》「閼氏」一詞之後，胡註：「匈奴之閼氏，猶中國之皇后。閼，於連翻，氏，音支」。再如《唐紀五》「隋末，歙州賊汪華據黟、歙等五州，有眾一萬……」胡註：「歙音攝，黟音伊」。在當時尚無規範的字典可查考的歷史背景下，胡三省把「音注」列為註釋《通鑒》之首，且名其書曰《資治通鑒音注》，實為讀者閱讀《通鑒》掃除文字障礙起了開路的作用。
訓詁
《通鑒》中不僅有大量怪僻難讀的生字，而且還有難以數計的難詞、典故，若不予以註釋，讀者不解其意，仍是讀不懂，還可能引起誤會。如對開卷《周紀一》「威烈王」這一稱謂，很少人知其內涵。胡三省所作釋文為：「名午，考王之子。謚法：猛以剛果曰威，有功安民曰烈」。又如《晉紀十三》「彼烏合而來，既無統一……久必攜貳」。胡釋曰：「飛鳥見食，群集而聚啄之。人或驚之，則四散飛去，故兵以利合，無所統一者，謂之烏合。」再如「商賈」一詞，胡釋曰： 「行賣曰商，坐販曰賈」。這些釋文，言簡意賅，為讀者提供了方便。
胡三省最擅長地理和典章制度的註釋。如《周紀二》顯王三十五年記「越王無疆伐齊」一事，胡疏曰：「浙江有三源：發於太未者，謂之谷水，今之衢港是也;發於烏傷者，《水經》謂之吳寧溪，今之婺港是也;發於黟縣者，《班志》謂之浙江水，今之徽港(新安江)是也。三水合為浙江，東至錢塘入海。浙，折也。言水曲折於群山之間也。」典章制度的註釋，則更詳盡。如《漢紀四》記高帝十年「豨常慕魏無忌(信陵君)養士，及為相守邊，告歸」。胡疏曰：「漢律：二千石有予告，有賜告。予告者，在官有功最，法所當得也。賜告者，病滿三月當免，天子優賜其告，使得帶印綬、將官屬歸家治病。至成帝時郡國二千石賜告不得歸家;至和帝時，賜、予皆絕。」訓詁較音注又遞進了一步，既要釋注古人詞語之意見，又要闡明詞稱產生的來歷及其流變，因而其意義不可小看。
拾遺
對《通鑒》中記敘不詳或遺漏之內容，胡則在其下予以補充。如《周紀一》記威烈王二十三年「初命晉大夫魏斯，趙籍，韓虔為諸侯」事，胡在此14字後增補了180字，補敘了魏趙韓三家世系，並就三家分晉一事，予以抨擊：「三家者，世為晉大夫，於周則陪臣也。周室既衰，晉主夏盟，以尊王室，故命之為伯。三卿竊晉之權，暴蔑其君，剖分其國，此王法所必誅也。威烈王不惟不能誅之，又命之為諸侯，是崇獎妖名犯分之臣也。《通鑒》始於此，其所以謹名分歟!」
辨誤
司馬光修《資治通鑒》，在記敘或評述一些歷史事件時，或出於疏忽，或因取材之局限，或因思想之主觀，難免有差錯或不當。胡三省「孜孜衛翼，拾遺補誤，亦幾乎司馬氏之忠臣而無負」。對《通鑒》中的舛錯或不當之處，他直書己見。如在《晉紀四》「散騎常侍石崇」條下，胡注曰：「前書『侍中石崇』，此作『散騎常侍』，必有一錯。蓋因舊史成文也。」指出司馬光在史料取捨上，由於疏忽，導致內容先後矛盾。胡三省不僅為《通鑒》正文辨誤，且作《通鑒釋文辨誤》十二卷，對前人的釋文，也進行逐一甄別，辨誤。
布道
以史布道，古今公論。孔子作《春秋》，是代王立法，捍衛王道;司馬光修《資治通鑒》是「續素王(孔子)之旨，歸成萬世之標準」。胡三省為《通鑒》作注，則是闡發司馬光的以史為鑒的思想。三者的思想觀點一脈相承。司馬光在《通鑒》中，對歷代的政治措施，歷朝的明君、賢臣、孝子的德行，大書而特書;對「傷天害理，殘民以逞」的暴君、亂臣、賊子的醜行，也不厭其煩地記敘，並寫了104條「臣光曰」述評。胡三省在述評之後，大都沒有註釋，表示完全贊同。對其他記敘之處，有些則三言兩語，一針見血。如《漢紀四》記漢高祖劉邦「還洛陽，聞淮陰侯(韓信)之死，且喜且憐之」。胡注曰：「喜者，喜除其逼，憐者，憐其功大。」有些則連篇累牘，予以弘揚闡發。如對隋文帝楊堅貪圖享受、造仁壽宮一事，胡三省評曰：「仁壽宮成於開皇十五年。方其成也，文帝怒，欲罪相素。獨孤後喜而嘗之，繼此屢幸仁壽宮，之仁壽末，卒死於仁壽宮。仁壽者，帝窮民力作離宮，可謂仁矣，其不得死於是宮宜矣!帝怒相素，而不加之罪，其後喜，則亦從而喜之，豈非奢侈之能移人觸景而動，至於流連而不知返，卒詒萬世笑。是知君德以節儉為貴也。」
晚年心態
蕪湖兵敗，宋軍崩潰，胡三省「間道歸鄉里」。從此隱居山鄉，專力注史，直至去世，他晚年的處境，大約有如下幾種心態。
首先是宋亡之前，胡三省隨賈似道「從軍江上」，多次向賈提出建議與策略，但遭到賈的「白眼」，「言輒不用」。直至局勢不可挽救，隻身回到故里寧海，隱居著述。因為寧海與天台兩縣相鄰，人們不免有地域之見，而天台賈似道以其姊為皇后之力，執掌政軍大權，專橫欺壓。寧海先則有淮浙發運使鄭霖，政績顯著，聲譽鵲起，賈欲加以籠絡，而鄭霖深惡其奸詐弄權，恥與為伍，賈因而恨之，藉故將鄭霖殺害(以後得到昭雪，現寧海長街西公岙鄭之故里存有鄭霖墓，為縣級重點保護文物)。繼後，又有寧海人右丞相兼樞密使葉夢鼎，與賈同朝共事，因賈一味專橫弄權，要求葉夢鼎於「槧牘事，勿與其抵牾」。夢鼎答以「事有當言，難以緘默。」賈因之不悅，後為利州轉運使王價平反等事，賈對葉極意鉗制。葉為免禍，於鹹淳八年，詔葉為少傅右丞相兼樞密使時，托病不赴，上疏後，扁舟經歸寧海故里。其後，又有人薦寧海承直郎舒岳詳上臨安為官，賈「以其尚氣簡直，不肯對人作軟媚狀，欲以盤折抑挫，使之馴服，然後為己所用。」舒遂毅然離京回鄉。如此等等，寧海仕紳議論嘩然，對賈至為憤慨。而胡三省在縣內此種氣氛中，隨附於賈似道之下為官，引起寧海部分人之誤解，所以於蕪湖兵潰，胡氏歸里之時，有人認為不屑同情，甚或冷嘲熱諷，是可以想像得到的。陳垣教授從《通鑒胡注表微》的分析，看到胡三省對南宋王朝的忠貞，對挽救復興宋室的企望，在《通鑒注》中有充分的表露，已屬無可非議。
筆者從當時的另一角度思考：鄭霖的含冤被殺，葉夢鼎的避禍歸隱，以及舒岳祥的憤然棄官，他們恥與奸邪為伍的精神，固然可敬可嘉。但胡三省眼見南宋江山風雨飄搖，岌岌可危，而又缺乏挽救和復興的良策，從當時的局勢看，左右南宋權力唯一的人物卻是賈似道，明知此人蠻橫專斷，如能改變其作風，採納正確策略，局面仍有轉機可能。他的「江上之策」，他的「江東十鑒」，正是因此而發，可是賈似道對他的態度，是「白眼」，是「言輒不用」。中國社會科學院近代史研究所所編的《中國通史》第五冊中有一段敘述：「京湖制置使汪立信寫信給賈似道說，『今天下之勢，十去八九，而乃酣歌深宮，嘯傲湖山，玩忽歲月，緩急倒施。為今之計，只有二策：將內郡的兵調出充實江上，可有兵七十餘萬人，沿江百里設屯，平時往來守禦，有事東西並起，戰守並用，互相應援，這是上策。和敵人講和以緩兵，二三年後邊防稍固，可戰可守，這是中策。二策如果不行，就只有等待亡國。』賈似道看後，把信扔到地上，大罵說;『瞎賊(汪立信病一目)，怎敢這麼胡說!』隨即將汪立信罷免。」以後元軍擊潰宋軍。元主帥伯顏到達蕪湖，有人曾將汪立信之建議告知伯顏，伯顏驚歎曰：「江南有這般人，這般話，若遂用之，我何得至此也!」可見南宋如用良策，並不是不可挽救的。可惜的是汪、胡等人的忠告，賈似道不僅忠言逆耳，且加仇恨。胡三省對賈似道的幻想徹底破滅而「間道歸鄉里」之日，已是南宋王朝覆亡之時了。在此種時候，胡三省在家鄉還受到某種冷嘲熱諷，真是有苦無可申說。陳垣教授曰：「身之亂後，深自韜諱」，這是他當時極度痛苦的心態。
其次，元軍入臨安後，又南侵浙東，寧海亦陷入兵荒馬亂之中，胡三省攜帶妻孥，到處避難，跋涉困頓，隨時可危及生命，其苦不堪。與此同時，又先後聞知同科(狀元)文天祥的壯烈犧牲，謝枋得的不屈就義，陸秀夫的負帝投海，以及其他殉國者的悲壯捐軀。歷史的現實，從痛苦失望中，又激起胡氏如何正視今後餘生的抉擇。他只能是謝絕人事，隱居山鄉，如袁桷在《祭胡梅澗先生》文中所說：「蒙昧草野，避聲卻影，年運而往，知吾道之愈難，寫心聲之悲憤，聽澗水之潺。」從事 「案頭今古起風雷」，潛心於重注《通鑒》的工作。這正是胡三省注史時心態的寫照。
其三，時日的流逝，宋亡之後，元蒙對中國的統治已漸趨鞏固，社會已開始安定，僅有的反元活動，亦趨於隱蔽。如元初杜本選編了一本《谷音》總詩集，共二卷，選錄詩作一百零一首，作者三十人，多為宋代遺民，或以身殉，或遁跡山林，所作多為對宋室衰微覆亡之悲憤。元蒙統治者為了平息此種潛在的危機，對知識分子採取籠絡手段。唐高祖武德元年，《通鑒》有文曰;「先是竇建德陷景城，執戶曹河東張玄素以為治書侍御史，固辭。及江都敗，復以為黃門侍郎，玄素乃起」。胡三省在這段文字下注曰：「史言隋之故宮，漸就任於他姓。」 陳垣教授對胡三省這兩句看來甚為平淡的注文，卻作了一長段議論。他說：「張玄素先辭後起，以江都之敗否為衡，所謂投機耳。崖山既覆，宋遺民漸有出為告采之謀者，如日月吟社中之仇遠、白挺、梁相皆是也。萬季野之《元史》中《陳櫟傳》後云：元初南士既附，科目猶未設，一時士大夫無後進之路，相率而就有司之別召，或庠序學官，或州縣冗秩，亦屈節為元，如戴表元、牟應龍、熊朋來、馬端臨之屬。以文學名儒，或俯首以丐升斗之祿，而生平之名節不顧矣。仇、白、戴、牟之就微祿，則身之所親睹也。易曰：『履霜堅冰，所由來者漸』，故身之唏噓言之。」陳氏對胡三省這段短短的注文，作了深刻的分析，已經說明了胡三省忠於南宋，願作遺民，不為貳臣的節操。舒岳祥《閬風集》中有一詩題為「新歷未頒，遺民感愴二首貽王達善、曹季辯、胡山甫、戴帥初諸君，皆避地客地」，可是戴表元帥初終於附元而去，「身之唏噓言之」，可能正為戴等而發也。舒岳祥另有一首題為「山甫由鄞訪僧復歸山房」詩中，雖說胡氏此游，是「詩名留遠方」，但詩的最後卻勸胡「僧交非昔比，吾黨懼行藏。」分明道出了既已拒元不仕，詩文言行，必須小心謹慎，以防元人之忌，這種既拒元蒙，又懼招禍，終日惴惴，長期不安，乃是舒、胡二人共有的心態。
到了暮年，胡三省的史注既成，《釋文辯誤》亦就，《通鑒小學》完稿。他曾對兒孫們曰;「吾成此書，死無憾矣!」他以一生的心血，終於完成了少年時代接受父命的心願，這句話裡包含著他最為深沉的慰藉!暇閒之中，仍常把讀注稿，著意修改，自號為「知安老人」，扁其堂曰：「逸老」，築室於西，扁曰「讀書林」，「與諸孫徜徉其中。賓至，命酒賦詩，怡怡如也。」這段時間，胡三省的精神重壓已去，心態愉悅，但卻已為垂暮之年，離黃鶴之杳亦不遠矣。