賈蘭坡對第四紀地質、古脊椎動物、古人類和考古等方面都有很多研究，在舊石器的考古方面，成績最爲顯著。作爲一位世界公認的舊石器時代考古學家和古人類學家，賈蘭坡早在20世紀30年代就參加了周口店的發掘工作。賈蘭坡1935年主持周口店的發掘工作，除發現大量石器和脊椎動物化石外，1936年11月又連續發現了三個比較完整的“北京人”頭蓋骨化石，震動了國際學術界。1949年後，他又多次主持周口店的發掘。1984年賈蘭坡與他的學生、考古學家黃慰文合寫的《周口店發掘記》一書，對周口店的發掘歷史進行了詳細的敘述和評價，對周口店發掘與研究工作進行了系統總結。這本書已譯成日文和英文。他對華北舊石器做了大量研究工作，所提出的華北地區古文化年代表奠定了華北舊石器文化發展序列的理論基礎。賈蘭坡十分熱愛中國舊石器的研究工作。1956年，他就在《考古通訊》上發表“對中國猿人石器的新看法”。1957年又發表“試述中國舊石器時代初期石器文化的相互關係”。由此可以看出，他已經把注意力放在有關理論研究上，而不是單純對石器本身的描述。中國學術界20世紀50年代末展開“北京人”是否使用過骨器的爭論，賈蘭坡支持法國舊石器考古學家(Breuil)的意見，認爲“北京人”使用過骨器。他於1960年發表的“關於中國猿人的骨器問題”一文以及1964年出版的《中國猿人及其文化》都探討了這個問題。賈蘭坡把周口店“北京人”製造的骨器分爲三類。第一類是角工具，第二類是盛水工具，第三類是肢骨做成的尖狀器和刀狀器。關於骨器的觀點受到國內外不少學者的重視。
20世紀50—70年代，賈蘭坡對中國舊石器的研究主要集中在中國北部，特別是山西、陝西、內蒙古、寧夏等地，尤以對山西舊石器的研究最爲出色。1958年，他與裴文中一起研究了山西丁村發現的舊石器，指出丁村文化是舊石器時代中期之初文化的新發現。他在1962年與人合作的《河》中，指出河遺址的時代，屬於中更新世早期，並指出丁村文化是由河文化逐漸發展而來的。1972年賈蘭坡與蓋培、尤玉柱發表“山西峙峪舊石器時代遺址發掘報告”，從地貌、地層、脊椎動物化石和舊石器等方面作了全面研究，指出華北舊石器時代文化的發展至少有兩個系統，即“河—丁村系”，和“周口店第一地點—峙峪系”。提出中國原始文化的繼承關係後，又提出中國、東北亞和北美的細石器可能起源於華北的論點。國內外同行對這些觀點給予了極大關注。
賈蘭坡在研究人類起源和進化方面有着比較突出的貢獻。他在《科學通報》上發表“泥河灣期的地層纔是最早人類的腳踏地”一文，並提出在中國屬於早更新世初期的泥河灣地層，纔是人類最早的生存地。指出“北京人”在體質特徵和石器製作上有了許多進步性質，又具有使用和管理火的能力，因而不代表最古老的人類和最原始的文化，人們對中國遠古文化的認識還是很晚的。在20世紀以前沒有發現過確切的石器時代遺址，直到20世紀初，一些外國學者還不相信中國有舊石器時代文化。從20世紀20年代初起，在甘肅、寧夏、內蒙古等地相繼發現舊石器之後，特別是裴文中於1929年發現第一個完整的“北京人”頭蓋骨化石，接着又發現“北京人”使用的石器和用火遺蹟之後，才使這種局面改觀。但由於受舊觀念的束傅，有的學者又提出中國沒有比“北京人”再早的文化了。賈蘭坡與王健的論文無疑是對這種觀點的挑戰，因此在學術界引起一場持續一年多的爭論。他們這一科學論斷爲後來西侯度文化元謀人牙齒化石和藍田人頭蓋骨的發現所證實。1978年所出版的《西侯度——山西更新世早期文化遺址》一書，是他們對中國更新世早期人類及其文化存在問題的多年研究成果。早在30年代，賈蘭坡就對北京人的地質分層文化性質和生活環境諸方面，進行了深入的研究。賈蘭坡還根據“北京人”遺址各層出土的動物化石的不同性質，提出“北京人”在周口店生活的幾十萬年中，華北氣候出現過冷暖交替的變化。解放後，賈蘭坡發表過不少論文和專著。
他撰寫的《人體骨骼學綱要》(1954)以及《從猿腦發展到現代人腦》(1954)曾是醫學院很好的參考書。賈蘭坡還著有《舊石器時代文化》(1957)、《周口店——北京人之家》(1975)、《中國大陸上的遠古居民》(1978)等，後兩種已被譯成英、日、德和西班牙等文種出版。1982年出版了由賈蘭坡主編的《人類的黎明》，這本書是一本圖文並茂，系統地闡述人類起源演化，幷包括最新科研成果的人類學著述。
賈蘭坡也關注着脊椎動物學及第四紀地質學。早在20世紀30年代，他就到四川萬縣鹽井溝採集化石，並和卞美年一起在雲南富民等地尋到哺乳動物化石，一批有代表性的大熊貓—劍齒象動物羣。1951年他與地質學家王曰倫共同研究了周口店的冰川遺蹟，爲研究“北京人”的生活環境提供了新的線索。1982年，賈蘭坡與衛奇在《地質學報》上發表“建議用古人類學和考古學的成果建立中國第四系的標準剖面”一文，這是把舊石器時代考古學、古人類學、古脊推動物學與第四紀地質學結合起來的範例。
賈蘭坡從20世紀30年代起孜孜不倦地從事研究和著述，發表論著已超過400餘篇(種)。爲中國的地質、古生物、古人類和考古工作做出了傑出的貢獻。由於他在科學上的成就，他曾多次被日本、美國、瑞士、阿爾及利亞、香港等國家和地區邀請去講學，受到同行們的熱列歡迎。
