陳衡哲在北京大學開設西洋近百年小史(相當於現在大學歷史系中教授的世界近現代史)和英文課。這樣，陳衡哲便成爲北京大學第一位女教授，也是中國第一位女教授。其後，陳衡哲還曾隨丈夫轉任四川大學、東南大學等大學任教授，也都以西洋史爲主。
白話文創作
陳衡哲1917年即創作了白話短篇小說《一日》，敘述的是美國女子大學新生在一天中的生活，以“莎菲”的筆名發表於《留美學生季報》，這要早於魯迅先生在1918年發表的白話文小說《狂人日記》。
陳衡哲在留學期間還發表過《風》《月》等詩，如《月》詩寫道：“初月曳輕雲，笑隱寒林裏。不知好容光，已映清溪水。”《風》詩寫道：“夜間聞敲窗，起視月如水。萬葉正亂飛，鳴飆落松子。”二詩皆清雅雋永，頗得胡適等人好評。回國後，她又陸續寫白話體小說、散文在《新青年》等刊物上發表，其中較有影響的是一篇名爲《運河與揚子江》對話體的散文：
揚子江與運河相遇於十字路口
河：你從哪裏來?
江：我從蜀山來。
河：我聽說蜀山險峻，峭崖如壁，尖石如刀，你是怎樣來的?
江：我是把他們鑿穿了，打平了，奮鬥着下來的。
……
河：真的嗎?可憐的江!那你又何苦奮鬥呢?
江：何苦奮鬥?我爲的是要造命呀!
河：造命?我不懂。我的生命是人們給我的。
……
江：你不懂得生命的意義。你的命，成也由人，毀也由人，我的命卻是無人能毀的。
這篇文章篇幅不長，卻充滿了張力，催人奮進，其中“造命”一詞頗能表現陳衡哲不甘於平庸的人生觀和世界觀。
此外，陳衡哲還曾發表白話詩《人家說我發了癡》和白話劇本《老夫妻》等。由於她的文筆流暢自然，語言活潑細膩很快就獲得了才女的稱號，成爲中國現代文學史第一位女作家。
主張女性獨立
陳衡哲在五四運動以後就開始積極關注並支持婦女的獨立運動。她先後發表了《復古與獨裁勢力下婦女的立場》《婦女問題根本談》等文章，還曾就當時女子一結婚就要冠夫姓的現象予以批評：“已結婚的女子們，對於自己的名姓，真是一個大問題。說願意保留自己的名姓吧，人家便可以說你是與你的丈夫不合作;說從俗的單單做一個某姓的太太吧，但看到一個代表自己個性的名義這樣的消滅，不免又要感到一種悲哀。所以我常說，最好的辦法，是讓一個單單站在丈夫肩膀上的女子，一個除了做某人的太太之外，便一無所有的女子，乾乾脆脆的做一個某家的太太;你若稱她爲什麼女士，不是反見得有點諷刺她似的嗎?”
在現實生活中，陳衡哲在女性權利平等的爭取方面也是個性極強。某次集會上，會議主席稱其爲“女士”而不是“先生”，她當即拂袖而去，滿座爲之驚訝。
抗日戰爭爆發後，陳衡哲隨丈夫任鴻雋輾轉抵達四川，擔任四川大學的教授。在此期間，她連續在《獨立評論》上發表文章，抨擊四川弊政和腐敗現象，尤其是對當時四川女學生以“寧當英雄妾，不做庸人妻”爲理由爭當上層人物小妾現象進行了有力的抨擊，但是也因此惹怒了當地的權貴上層，致使她和丈夫不得不先後辭職離開。
陳衡哲一生著作豐富，研究範圍廣泛。作品有短篇小說集《小雨點》《衡哲散文集》(上、下卷)《文藝復興史》《西洋史》(上、下冊)，以及英文著作《一箇中國女人的自傳》等，其中尤以《西洋史》的影響力最大。
新中國成立後，陳衡哲曾任上海市政協委員。後於1976年在上海因肺炎病逝，享年86歲。
