Năm 1984, Nguyễn Thừa Hỷ bảo vệ thành công luận án phó tiến sĩ (nay là tiến sĩ) "Thăng Long – Hà Nội thế kỷ XVII-XVIII-XIX: kết cấu kinh tế – xã hội của một đô thị trung đại". Năm 1993, từ luận án trên ông biên soạn xuất bản thành cuốn sách mang tên "Thăng Long – Hà Nội thế kỷ XVII-XVIII-XIX". Cũng nhờ công trình nghiên cứu trên, năm 2012, ông được trao Giải thưởng Nhà nước về khoa học và công nghệ. Nghiên cứu về Hà Nội trên các lĩnh vực từ kinh tế, xã hội đến lịch sử và văn hóa, PGS Nguyễn Thừa Hỷ còn có nhiều công trình đã được xuất bản thành sách: "Lịch sử văn hóa Việt Nam, truyền thống giản yếu" (NXB Đại học quốc gia, 1999); "Tư liệu văn hiến Thăng Long – Hà Nội: Tuyển tập tư liệu phương Tây" (NXB Hà Nội, 2010); "Văn hóa Việt Nam truyền thống, một góc nhìn" (NXB Thông tin và truyền thông, 2011); "Lịch sử và văn hóa Việt Nam từ góc nhìn đổi mới" (NXB Thông tin và truyền thông, 2018); "Thăng Long – Hà Nội trong mắt một người Hà Nội" (NXB Thông tin và Truyền thông, 2018)…
Nhờ những đóng góp trong nghiên cứu về Thăng Long – Hà Nội, năm 2019, ông được báo Thể thao & Văn hóa (Thông tấn xã Việt Nam) trao tặng Giải thưởng lớn – Vì tình yêu Hà Nội của Giải thưởng Bùi Xuân Phái.
Nguyễn Hằng