徐先生在长期的学术研究中，在继承前人治学方法的基础上，逐渐形成了自己的一套较有特色的科学的治学方法。“古史二重证”的继承和发展自王国维先生提出“古史二重证”的研究方法以来，传统的史学研究发展到了一个新的阶段。徐先生在古史研究中充分继承并发展了这种方法，他发表的百数十篇论文，都无一不是运用这种方法的良好范例。如上文提到的《耒耜考》、《殷人服象及象之南迁》等文，都是将出土古文字材料与古代典籍充分结合来进行古史研究，其结果不仅使古史研究取得突破，而且在古文字研究上也大有创获。由于时代的局限，王国维先生的“古史二重证”依据的地下材料主要只是出土的古文字资料，而徐先生除古文字材料而外，还充分吸取了考古学成果。他早年撰写的《再论小屯与仰韶》，根据当时的考古发掘材料，参以文献记载，探讨了仰韶文化的性质及分布地域。建国以来，考古工作有了很大发展，徐先生充分吸取最新考古学成果，于1979年写成《夏史初曙》，放弃了他以前主张仰韶文化为夏文化的观点，同意龙山文化和二里头文化为夏文化，并结合典籍记载，对夏史作了新的探索。此外，如上文提到的《黄河流域穴居遗俗考》等文，在古文字材料以外，也充分结合了当时的考古发掘资料。
考古学离不开对古器物的研究，徐先生在这方面也有很深的功底，撰有《论古铜器之鉴别》、《说尊彝》、《殷代铜器足征说兼论〈邺中片羽〉》、《福氏所藏中国古铜器》、《寿县出土楚铜器补述》、《关于铜器之艺术》等论著，为我国考古学的发展作出了贡献。上文提及的《四川彭县?阳镇出土的殷代二觯》和《四川涪陵小田溪出土的虎钮?于》，也都是通过对考古器物的研究，揭示出古代四川与外界联系的史实。
不过，需要指出的是，徐先生对“古史二重证”的发展并不止此，重要的还在于他进一步将对照范围扩大到边裔的少数民族，包括民族史、民族学、民俗学、人类学等各个方面。这就是他时常提到的“古史三重证”的研究方法。例如他认为，研究殷代史，如果只从有关殷代的史料去考察，还是不容易弄清楚。如果通过对四方边裔各种族历史的考察，再结合古史去研究，就容易弄清真相。如中国古史关于“五服”、“九服”之制，两千年来迄无定论。徐先生根据对三国时期夫余族和辽代契丹族的研究，指出“汉代的夫余，乃殷亡以后北迁的蒲姑之后，因此夫余部族中，保存了不少的殷商旧制”，“殷商的奴隶制度和契丹的奴隶制颇为相似”。具体说来，契丹人的部族制类似殷“侯”服，乃防守边境的部族;契丹人的“捺钵”相当于殷之“甸”服，献纳皮革及农产品;辽之“南面官”相当于殷之“男”服，任一切人力物力之徭役;辽之“斡鲁朵”相当于殷之“卫”服，是担任保卫工作的近卫军。这是殷之“四服”，是指定服役制。而《禹贡》的“五服”和《周礼》的“九服”，则是后世根据殷制改编而成的。这种指定分工服役制甚至在前半个世纪的中国境内的傣族、贵州洞崽苗族中还可以看到(《傣族社会调查报告》，《人民日报》1957年11月19日。)。徐先生的“古史三重证”，使中国古史的研究方法更臻完善。
考释古文字是古文字学最基本最重要的工作，而掌握正确的考释方法，乃是该项工作的核心。徐先生根据多年来研究古文字的心得体会，逐渐总结出了自己的一套科学的考释古文字的方法，后来写成《怎样考释古文字》一文，系统地向学术界介绍这种方法。文中说：“古人造字，决不是孤立的一个一个地造，每个字的形音义，都有它自己的发展历史。因此考释古文字，一个字讲清楚了，还要联系一系列相关的字，考察其相互关系。同时还要深入了解古人的生产、生活情况，根据考古资料、民俗学、社会学及历史记载的原始民族的情况，和现在一些文化落后的民族的生活情况，来探索古代文字发生时期的社会生产力和生产关系。根据这些东西，探索每个字的字源和语源。这样考释古文字，才有根据，也才比较正确。”