В. П. Васильев проводил научные исследования в различных областях китаеведения (история, религия, география, язык и литература Китая). Во время пребывания в Пекине он опубликовал большую карту китайских владений и составил исторические карты Китая при 12 различных царствовавших в нем династиях. В своих трудах он впервые в отечественной науке предпринял попытку систематического изложения истории развития буддийской мысли. Кроме того, он был в числе первых востоковедов, поставивших вопрос о выработке адекватного языка описания буддийского духовного опыта, о критериях выбора аналогов для перевода категорий буддийского учения на европейские языки. Широкую известность получили его труды: "Буддизм, его догматы, история и литература" (1857–1869; ч. 1 и 3; книга, составившая эпоху в изучении буддизма), "История и древности восточной части Средней Азии от Х до XIII века" (1857), "Анализ китайских иероглифов" (1866–1884; ч. 1–2; очерк фонетики, морфологии и письменности Китая), "Графическая система китайских иероглифов" (1867), "Религии Востока: конфуцианство, буддизм и даосизм" (1873), "Очерк истории китайской литературы" (1880) и другие.