贾兰坡对第四纪地质、古脊椎动物、古人类和考古等方面都有很多研究，在旧石器的考古方面，成绩最为显著。作为一位世界公认的旧石器时代考古学家和古人类学家，贾兰坡早在20世纪30年代就参加了周口店的发掘工作。贾兰坡1935年主持周口店的发掘工作，除发现大量石器和脊椎动物化石外，1936年11月又连续发现了三个比较完整的“北京人”头盖骨化石，震动了国际学术界。1949年后，他又多次主持周口店的发掘。1984年贾兰坡与他的学生、考古学家黄慰文合写的《周口店发掘记》一书，对周口店的发掘历史进行了详细的叙述和评价，对周口店发掘与研究工作进行了系统总结。这本书已译成日文和英文。他对华北旧石器做了大量研究工作，所提出的华北地区古文化年代表奠定了华北旧石器文化发展序列的理论基础。贾兰坡十分热爱中国旧石器的研究工作。1956年，他就在《考古通讯》上发表“对中国猿人石器的新看法”。1957年又发表“试述中国旧石器时代初期石器文化的相互关系”。由此可以看出，他已经把注意力放在有关理论研究上，而不是单纯对石器本身的描述。中国学术界20世纪50年代末展开“北京人”是否使用过骨器的争论，贾兰坡支持法国旧石器考古学家(Breuil)的意见，认为“北京人”使用过骨器。他于1960年发表的“关于中国猿人的骨器问题”一文以及1964年出版的《中国猿人及其文化》都探讨了这个问题。贾兰坡把周口店“北京人”制造的骨器分为三类。第一类是角工具，第二类是盛水工具，第三类是肢骨做成的尖状器和刀状器。关于骨器的观点受到国内外不少学者的重视。

　　20世纪50—70年代，贾兰坡对中国旧石器的研究主要集中在中国北部，特别是山西、陕西、内蒙古、宁夏等地，尤以对山西旧石器的研究最为出色。1958年，他与裴文中一起研究了山西丁村发现的旧石器，指出丁村文化是旧石器时代中期之初文化的新发现。他在1962年与人合作的《河》中，指出河遗址的时代，属于中更新世早期，并指出丁村文化是由河文化逐渐发展而来的。1972年贾兰坡与盖培、尤发表“山西峙峪旧石器时代遗址发掘报告”，从地貌、地层、脊椎动物化石和旧石器等方面作了全面研究，指出华北旧石器时代文化的发展至少有两个系统，即“河—丁村系”，和“周口店第一地点—峙峪系”。提出中国原始文化的继承关系后，又提出中国、东北亚和北美的细石器可能起源于华北的论点。国内外同行对这些观点给予了极大关注。

　　贾兰坡在研究人类起源和进化方面有着比较突出的贡献。他在《科学通报》上发表“泥河湾期的地层才是最早人类的脚踏地”一文，并提出在中国属于早更新世初期的泥河湾地层，才是人类最早的生存地。指出“北京人”在体质特征和石器制作上有了许多进步性质，又具有使用和管理火的能力，因而不代表最古老的人类和最原始的文化，人们对中国远古文化的认识还是很晚的。在20世纪以前没有发现过确切的石器时代遗址，直到20世纪初，一些外国学者还不相信中国有旧石器时代文化。从20世纪20年代初起，在甘肃、宁夏、内蒙古等地相继发现旧石器之后，特别是裴文中于1929年发现第一个完整的“北京人”头盖骨化石，接着又发现“北京人”使用的石器和用火遗迹之后，才使这种局面改观。但由于受旧观念的束傅，有的学者又提出中国没有比“北京人”再早的文化了。贾兰坡与王健的论文无疑是对这种观点的挑战，因此在学术界引起一场持续一年多的争论。他们这一科学论断为后来西侯度文化元谋人牙齿化石和蓝田人头盖骨的发现所证实。1978年所出版的《西侯度——山西更新世早期文化遗址》一书，是他们对中国更新世早期人类及其文化存在问题的多年研究成果。早在30年代，贾兰坡就对北京人的地质分层文化性质和生活环境诸方面，进行了深入的研究。贾兰坡还根据“北京人”遗址各层出土的动物化石的不同性质，提出“北京人”在周口店生活的几十万年中，华北气候出现过冷暖交替的变化。解放后，贾兰坡发表过不少论文和专著。

　　他撰写的《人体骨骼学纲要》(1954)以及《从猿脑发展到现代人脑》(1954)曾是医学院很好的参考书。贾兰坡还著有《旧石器时代文化》(1957)、《周口店——北京人之家》(1975)、《上的远古居民》(1978)等，后两种已被译成英、日、德和西班牙等文种出版。1982年出版了由贾兰坡主编的《人类的黎明》，这本书是一本图文并茂，系统地阐述人类起源演化，并包括最新科研成果的人类学著述。

　　贾兰坡也关注着脊椎动物学及第四纪地质学。早在20世纪30年代，他就到四川万县盐井沟采集化石，并和卞美年一起在云南富民等地寻到哺乳动物化石，一批有代表性的大熊猫—剑齿象动物群。1951年他与地质学家王曰伦共同研究了周口店的冰川遗迹，为研究“北京人”的生活环境提供了新的线索。1982年，贾兰坡与卫奇在《地质学报》上发表“建议用古人类学和考古学的成果建立中国第四系的标准剖面”一文，这是把旧石器时代考古学、古人类学、古脊推动物学与第四纪地质学结合起来的范例。

　　贾兰坡从20世纪30年代起孜孜不倦地从事研究和著述，发表论著已超过400余篇(种)。为中国的地质、古生物、古人类和考古工作做出了杰出的贡献。由于他在科学上的成就，他曾多次被日本、美国、瑞士、阿尔及利亚、香港等国家和地区邀请去讲学，受到同行们的热列欢迎。