吴梅先生最重要的学术成就，还在戏曲创作与研究。浦江清先生说：“近世对于戏曲一门学问，最有研究者推王静安与吴梅先生两人。静安先生在历史考证方面，开戏曲史研究之先路；但在戏曲本身之研究，还当推瞿安先生独步。”龙榆生先生说他“专究南北曲，制谱、填词、按拍一身兼擅，晚近无第二人也”。编校《吴梅全集》的王卫民先生说，在中国戏曲史上的大家，或以制曲见长，或以曲论见长，或以曲史见长，或以演唱见长，就是在昆剧的全盛时期，“集二三特长于一身的大家已屈指可数，集四五特长于一身的大家更为罕见”，然而生活于昆剧衰落时期的吴梅先生，却能“集制曲、论曲、曲史、藏曲、校曲、谱曲、唱曲于一身”，且在戏曲教育上也卓有建树，堪谓奇迹。
创作方面，先生在十六岁时，就有传奇《血花飞》之作，以纪念戊戌六君子；三十年间，共创作十四个剧本，现存十二，以先生五十寿诞时自选的《霜崖三剧》为代表，曲律词采俱工，案头场上，两擅其美，人物鲜明而情节曲折，达到了那一时代的最高境界。传统戏曲本身就是一种综合艺术，若非具有文学、音乐、舞蹈、美术等多方面的较高修养，是不可能取得较高成就的。
曲律研究方面，先生有《顾曲麈谈》、《曲学通论》、《南北词简谱》等专著，在前人研究成果和自己艺术实践的基础上，全面系统地论述了制、谱、唱、演的艺术规律。曲史研究方面，先生的《中国戏曲概论》是放眼全局的第一部中国戏曲通史；《元剧研究》和《曲海目疏证》对剧作家与作品的考证，也有承前启后之功；《霜崖曲话》、《奢摩他室曲话》和《奢摩他室曲旨》等采取传统的曲话形式，广泛评述散曲、剧曲的形式与内容，既为作者的进一步研究打下了基础，也为后人的研究提供了可贵的参考材料。 吴梅先生在词学研究上亦有很高造诣。朱祖谋先生曾四校《梦窗词》，而吴梅先生重读《梦窗词》，还能有新的发现。他的专著《词学通论》，寓史于论，史论结合，从格律到作法，多所创见。
诗词曲创作
吴梅先生于诗、词、曲三体均有创作，词风豪放易近于诗，婉约则易近于曲，故而在词作上颇难独树一格；但曲学上的造诣，又深化了先生对于词律的理解，故集中登临怀古、言志之作，情致清新，辞采振拔，意象鲜明，含蓄雅训，能严守词律，因难见巧，远追南宋。论者或以为先生词作的成就能高于诗作。
吴梅先生的诗，在生前写定为《霜崖诗录》四卷，以编年体存诗三百八十一首，不但数量较词、曲尤为多，而且更能看出先生的一生经历、过从交往，以及思想、艺术的发展脉络。诗作始于1898年，终于1938年，对于四十年间的重大社会历史事件，从戊戌变法、辛亥革命、洪宪复辟、军阀混战到日寇侵华、抗战军兴，都有如实的反映，表现出诗人强烈的爱国精神；咏史怀人、评书读画之作，也无不寄寓真情实学；其七古风骨遒劲，歌行开阖流转，绝句轻倩流丽，律诗工于对仗，各有特色。诗人的自我评价是：“不开风气，不依门户。独往独来，匪今匪古。”“不开风气”有自知之贵，因为先生清醒地认识到，“诗文词曲，颇难兼擅”，他在曲学上用力至深，诗作上再想开一时风气是不现实的；但由于坚持了“不依门户”，所以能达到“匪今匪古”的境界。
吴梅先生的词，大部分录入《霜崖词录》。存词一百三十七首。
吴梅先生的曲，有《霜崖曲录》二卷，为先生高足卢前在1929年编次，后又有增补，现卷一收小令六十八首，卷二收套数二十篇一百零三首。因为先生认识到“欲明曲理，须先唱曲”，曾从名师学唱，能够边唱边写，所以才情与格律有机统一，达到格律精严而才情横溢的高境界。在清末以来散曲日见寥落的局面下，先生的散曲异峰突起，并影响后学，酿成风气，致时人有散曲“中兴”之望。 先生还为许多传奇杂剧打下了声情并茂、宜唱美听的曲谱，使一些案头名剧得以登上舞台，重焕青春。这也因为先生有唱曲的功底。魏良辅曾总结唱曲经验说：“曲有三绝：字清为一绝，腔纯为二绝，板正为三绝。”听过吴梅先生唱曲的人，都以为他是得到这份真传的。