陈寿的主要著作为《三国志》。《三国志》是一部记载魏、蜀、吴三国鼎立时期的纪传体断代史。其中,《魏书》三十卷,《蜀书》十五卷,《吴书》二十卷,共六十五卷。记载了从公元220年(魏文帝黄初元年),到公元280年(晋武帝太康元年)60年的历史。
陈寿所著的《三国志》,与前三史一样,也是私人修史。《三国志》书成之后,就受到了当时人们的好评。陈寿叙事简略,三书很少重复,记事翔实。在材料的取舍上也十分严慎,为历代史学家所重视。史学界把《史记》、《汉书》、《后汉书》和《三国志》合称前四史,视为纪传体史学名著。
然而,《三国志》也有其不足之处,不可不注意。在叙事时,除了在某些人的纪和传中有矛盾之处外,其最大的缺点,就是对曹魏和司马氏多有回护、溢美之词,受到了历代史学家的批评。另外,全书只有纪和传,而无志和表,这是一大欠缺。