1928年， 梁思成在回国之前，曾到欧洲参观了希腊、意大利、法国、西班牙等地的著名古建筑．他亲眼看到国外的古建筑受到妥善保护，许多学者在对它们进行专门的研究，而对比自己的国家，一个有着几千年文化传统的中华民族，祖先给留下了如此丰富的古建筑遗产，如今却是满目苍凉。珍贵的龙门石窟、敦煌壁画任意被盗卖，被抢劫，千年文物流落异邦，大批古建筑危立在风雨飘摇之中。只有少数外国学者对它们进行过一些考察，而国内学者反而无力从事研究，甚至中国人学习自己祖先的文化遗产都要依靠国外编著的书刊，这是多么令人痛心的状况。梁思成深深感到这是一种民族的耻辱，他下定决心：中国人一定要研究自己的建筑，中国人一定要写出自己的建筑史。从1931年起，他将毕生精力投入到这项事业中去。一开始梁思成就把近代的科学方法应用到研究中国古建筑上，他明确提出：“近代学者治学之道，首重证据，以实物为理论之后盾，俗谚所谓‘百闻不如一见’，适合科学方法。”所以，他坚持研究古建筑首先必须进行实地的调查测绘。选择北京故宫作目标，因为这是目前留存最大量的明、清两代古建筑的代表。他手执清代朝廷公布的《工部工程作法则例》为课本，对着实物，从整体到局部，一一逐个辨识、测量、记录。他求教老工匠，在他们帮助下逐渐弄清了清代建筑的结构与形制，这如同跨入了门槛，为扩大调研范围创造了条件。从1932年4月开始，梁思成对蓟县独乐寺辽代建筑进行了调查，写出了详细的报告，在不长的时间里，又连续写出了《正定古建筑调查纪略》、《大同古建筑调查报告》、《赵县大石桥》、《晋汾占建筑预查纪略》、《曲阜孔庙之建筑及修葺计划》等10余篇论文和报告，将一座座从汉唐、宋辽到明清各代的古建筑珍宝展现在人们面前。
对古建筑的调查研究，梁思成坚持测量力求细致，分析要有根据，绘图要严密，所出成果要与世界水平比高低。30年代的华北，人民生活极端困苦，梁思成每次外出调查都要经受不少工作和生活上的困难，条件十分艰苦，但他对测绘工作始终一丝不苟，并且身体力行。他和助手们一起，对建筑物从整体到局部进行详细地绘图测量；对各种构件与装饰，从里到外，从正面到侧面都细致地加以摄影记录；对所有碑文、史料都一一抄录无误。正是凭着这一种民族自尊心和志气，使当时营造学社的许多研究成果，测绘的许多图纸都达到了国际水平。
经过对古建筑的系统调查研究，1934年，他编著了《清式营造则例》一书，这部著作第一次将繁杂的中国古建筑构造和形制作了科学的整理和分析，对清代建筑的各部分作法和制度作了较详细的介绍和论述，第一次用近代的建筑投影图绘制出清式建筑构架、门窗、装饰和彩画的详图，使人们在多彩的占建筑遗迹面前不再停留在般的感叹上，而获得了科学的认识和了解。几十年来．这部《清式营造则例》成了初学中国古建筑的入门必读教材，研究中国古建筑的不可少的资料，也是如今古建修整工作人员常用的工具书
1937年， 梁思成和林徽因、莫宗江等人去山西五台山调查佛光寺。正当他们为第一次发现一座唐代建筑而欢喜若狂时，北京卢沟桥畔已燃起了抗战的烽火。梁思成和刘敦桢带领着仅有的几位研究人员，在云南、四川等地仍坚持着古建筑的研究，他们调查了40余个县，为当时的中央博物馆绘制了大量古建筑模型图，在印刷条件十分困难的情况下，仍出版营造学社的汇刊。
1944年，梁思成开始撰写《中国建筑史》。这时，多病的身体折磨着他，脊椎软骨硬化病使他不得不经常戴着铁马甲工作；学社经费来源的断绝又使他不得不多次去重庆政府募化微薄的津贴；十分短缺的物质条件使得只能靠大量的线描图来弥补照片的不足。在林微因、莫宗江、卢绳等人的协助下，一部由中国人自己编写的中国古代建筑史，终于在抗日时期西南的一个小山庄里完成了。在这部著作中，梁思成根据大量的实物和文献资料，第一次按中国历史的发展，将各时期的建筑，从城市规划、宫殿、陵墓到寺庙、园林、民居都作了详细的叙述，并对各时期的建筑特征作了分析和比较。这些论述和分析都远远超过了过去外国人对中国建筑的研究水平，达到了前人所没有达到的高度。
1946年10月，美国耶鲁大学聘请梁思成去讲学，他带着《中国建筑史》和同时完成的《中国雕塑史》的书稿、图片，以丰富的内容和精湛的分析博得了国外学术界的极大钦佩和赞扬。这些成就离不开集体的劳动，中国营造学社的成员们在十几年的时间里，走访了15个省，近200个县，测量、摄影、分析、研究了2000余项建筑与文物，积累了大量资料。梁思成正是根据这些丰富资料，去粗存精，分析比较，和同事们一起使中国古建筑这一瑰宝，终得拂去尘埃，重放异彩于世界文化之林。
