與《史記》、《漢書》相比，《三國誌》的內容也不算豐富。但由於我國乏於三國時代曆史記載，所以《三國誌》仍為研究三國史的重要史籍。其中關於《魏書》的《張魯傳》和《蜀書》的《劉焉傳》中，保存的關於五鬥米教的原始材料；《魏書》中的《華佗傳》介紹的華佗的事跡；《魏書》中的《張燕傳》介紹的黃巾起義後張角繼續鬥爭的史實；《魏書》中的《東夷傳》中關於日本的一些記載等等，都具有相當的參考價值。
此外，陳壽在世還寫過一部《古國誌》，共五十篇，《華陽國誌》稱讚此書“品藻典雅”。但十分可惜的是，陳壽的所有著述，除《三國誌》以外，全都失傳。後人對《三國誌》頗為推崇。陳壽死後，尚書郎範頵向晉惠帝上表推薦《三國誌》，說該書“辭多勸戒，明乎得失，有益風化，雖文豔不如相如，而質直過之。”
《三國誌》是一部優秀的史學著作，其主要優點是陳壽對材料取舍，態度嚴謹審慎。例如《獻帝傳》載曹丕代漢時，有群臣所上勸進表十一道，曹丕所下辭讓令也是十餘道，由於勸進表是阿諛奉承之詞，而辭讓令也多是虛偽之詞，所以陳壽一律不取。關於諸葛亮事跡，由於當時文字記載和口頭傳說都很多，陳壽在寫《諸葛亮傳》時就作了審慎選擇。《魏略》中說在荊州時，諸葛亮先見劉備，劉備以其年少而輕視他，亮說備以荊州客戶補兵，劉備才了解諸葛亮，這與諸葛亮《出師表》自敘“先帝不以臣卑鄙，三顧臣於草廬之中”不符，於是陳壽舍其《魏略》和《九州春秋》之說，記載道：“由是先主遂詣亮，凡三往，乃見”。又如後世傳為美談的“七擒孟獲”、“空城計”等故事，大概當時已有流傳，晉朝人亦加以記載，但“七擒七縱”事實可疑，“空城計”也與史實不合，因此，陳壽一概舍棄不取這類奇誕之說。又如，陳壽喜歡陸凱諫孫皓的一篇表中“指摘皓事，足為後戒”，但對是否有此表此事，經親自“博問”，認識不一，於是陳壽便將其表作為《吳書·陸凱傳》的附錄，並特加說明：“予連從荊、揚來者得凱所諫皓二十事，博問吳人，多雲不聞凱有此表，……虛實難明，故不著於篇；然愛其指摘皓事，足為後戒，故抄列於凱傳左雲。”由此可見，陳壽處理史料的慎重。
陳壽記敘史事，一般說來尚能據實直言，較為客觀地反映了三國鼎立時期的曆史實況。三國鼎立的時間雖然不長，然而政治分裂，割據蠭起，戰禍相繼，三國時代是繼兩漢之後的一個分裂割據時代。漢靈帝中平元年即公元184年，爆發的以張角為首的黃巾大起義，震撼全國，給封建統治階級以沉重打擊，使東漢王朝搖搖欲墜。在階級矛盾十分尖銳的同時，統治階級內部的矛盾傾軋也更加激烈，各地官僚軍閥乘機擴張自己的勢力，在中央，外戚、大將軍何進圖謀誅滅宦官，並召並州牧董卓帶兵相助。何進圖謀未逞，反被宦官所殺。而司隸校尉袁紹又大殺宦官。董卓到京師洛陽後，憑借武力，把持了中央政權，廢少帝劉辯，立獻帝劉協。初平元年即公元190年，袁紹、袁術、曹操以及其他一些州牧郡守聯合起兵反對董卓。董卓挾獻帝西遷長安，後被部下呂布所殺。此後，大小軍閥，各據一方，展開混戰，互相吞並。在北方，曹操奉迎漢帝，挾天子以令諸侯；袁紹則雄據河北，兵多糧足。建安五年即公元200年，曹操在官渡之戰中擊敗袁紹主力。以後十餘年間，又北征烏丸，西定關隴，基本上統一北方。在此之前，孫策於初平四年即公元193年，南渡長江，占據江東數年之久。到孫策之弟孫權時，則“承父兄之業”，進一步鞏固了孫氏在東南的統治地位。建安十三年即公元208年，劉備用諸葛亮的計謀，聯孫權，在赤壁之戰中大敗曹軍，迫使曹操敗走荊州。劉備在荊州取得立足之地後，西入益州兼並劉璋，占有西南地區。這樣，群雄角逐，在北、東南和西南發展為鼎立三分天下。曹操死後，其子曹丕於公元220年廢掉漢獻帝，稱帝國號魏，三國時代正式開始。次年，劉備在成都稱帝，承用漢朝國號，史稱蜀漢。公元229年，吳王孫權即位，國號吳。魏、蜀、吳，三足鼎立，至公元263年，魏滅蜀。公元265年，司馬炎篡魏，建立晉朝，三國時代告終，全國大部分重歸統一。公元280年，孫吳也為晉所滅。對這段短暫而複雜的曆史，陳壽作了較為客觀地記敘。如對魏、吳賦役繁重，刑政酷虐，就作了不少揭露。全書所記“黃巾興亡，董卓之亂與群雄混戰，官渡之戰與赤壁之戰，夷陵之戰與蜀吳由紛爭到長期聯合，魏明帝傳位稚子和司馬懿除曹爽而為魏晉興替的轉折，諸葛亮之死與蜀漢衰落，孫權晚年猜忌肇敗亡之機”，清晰地畫出了三國興亡的脈絡。看來，陳壽確實“善敘事，有良史之才”。
《三國誌》對曆史人物的評價一般說來也比較客觀公正。《晉書·陳壽傳》中有一種說法，抨擊陳壽曾向丁儀、丁廙的兒子索米不成，故不為丁儀、丁廙立傳。還說陳壽的父親曾任馬謖的參軍，馬謖失街亭後被諸葛亮處以髠刑，故陳壽對諸葛亮不滿，在《諸葛亮傳》中有意貶低諸葛亮，說其“應變將略非其所長”。其實這兩條批評都是不實之詞。丁儀、丁廙不過是曹魏時的一般文士，且係公認的傾巧小人，陳壽不為其立傳完全應該。對諸葛亮，陳壽極其崇敬，《三國誌》中對諸葛亮的讚譽超過包括曹操在內的任何人，把他與古代賢相管仲、蕭何、召公、子產相比美，說他“終於邦域之內鹹畏而愛之，刑政雖峻而無怨者，以其用心平而勸戒明也。”這恰好說明陳壽與諸葛亮之間沒有私人怨恨。而說諸葛亮“應變將略非其所長”，也是實事求事，並非挾嫌貶損。不過，《三國誌》中對某些人物的評價也不無偏頗。如高貴鄉公曹髦痛恨司馬昭的專權，發兵討伐司馬昭。司馬昭的心腹賈充派成濟將他刺死，其罪魁應是司馬昭。而《三國誌》之《三少帝紀》對於此事僅記有“五月己醜，高貴鄉公卒”幾言，不寫他是如何死的。以下還抄錄大篇“皇太後令”，說高貴鄉公大逆不道，禍由自取，並載有司馬昭的奏書，以表明司馬昭有功無罪，這完全顛倒了曆史。