較之疑古派以科學的理性與科學的方法解構古史係統及傳統的價值體係，並由此在史學領域突出了科學的價值觀內涵，王國維更多地從事於史學本身的實證研究；同是推重科學，王國維的關注之點主要指向科學的內在價值。
疑古派主張推翻傳統的古史係統，所著重的主要是“破”，顧頡剛對此並不諱言：“我的現在的研究僅僅在破壞偽古史的係統上麵致力罷了。”[24]在存疑和“破”的旗幟下，疑古派常常過分地強調否定和解構的意義。胡適明確提倡：“寧疑古而失之，不可信古而失之。”[25]以此為原則，古史辨中的疑古，往往有時而疏。以“禹”的考辨而言，顧頡剛僅僅根據《詩經》等文獻中的某些材料，便推斷西周以前“禹”被視為神；又根據《說文》等材料，進而將“禹”歸結為某種動物。[26]盡管顧頡剛後來對自己的看法有所修正，但在古史討論初起之時提出的這些論點，對史學界已產生了相當大的影響。從某些方麵看，疑古派確乎或多或少將科學信念下的存疑與科學信念下的獨斷融合為一。
王國維已注意到疑古派側重證偽和存疑的偏向，盡管他對疑古派的懷疑態度與批評精神並不一概否定，但對其疑古之過卻提出了批評：“至於近世，乃知孔安國本《尚書》之偽，《紀年》之不可信。而疑古之過，乃並堯舜禹之人物而亦疑之，其於懷疑之態度及批評之精神不無可取，然惜於古史材料未嚐為充分之處理也。”[27]懷疑本來是為了得其真（去偽存真），但一味懷疑，卻不免會走向反麵。所以如此的原因之一，在於對材料未能全麵地把握與運用。王國維所謂對古史材料未能作充分處理，在相當程度上既是指疑古派執著於懷疑的原則，又是指疑古派僅僅停留於傳統的文獻材料，而未能對古史材料作更廣義的理解。
與疑古派的如上局限相對，王國維提出了著名的二重證據法。在《古史新證·總論》中，緊接以上引文，王國維對二重證據法作了具體闡釋：
吾輩生於今日，幸於紙上之材料外更得地下之新材料。由此種材料，我輩固得據以補正紙上之材料，亦得證明古書之某部分全為實錄，即百家不雅馴之言亦不無表示一麵之事實。此二重證據法惟在今日始得為之。雖古書之未得證明者不能加以否定，而其已得證明者不能不加以肯定，可斷言也。
紙上材料即傳統的文獻材料，地下材料，即考古發現的新材料，如甲骨、金石等。相對於文獻材料，後者具有實物的形態。王國維對地下新材料的注重，當然並非始於此時，事實上，在此之前，王國維已指出“古來新學問起，大都由於新發現”，並肯定“紙上之學問賴於地下之學問”[28]。不過，明確地提出二重證據法，則是在古史討論展開之後；它既可以看作是王國維自身史學研究的總結，也可以視為對古史辨的一種回應。
如前所述，疑古派之辨偽史，主要以文獻材料為根據，盡管後來顧頡剛亦注意到了僅僅運用文獻材料有其局限性，要再現真實的古史係統，離不開地下的實物材料，但從總體上看，疑古派並沒有能真正運用考古材料進行實證性的研究。相形之下，王國維將地下的新材料視為研究古史的重要根據，以此印證傳統的文獻材料。從形態上看，地下的考古材料無疑更接近外在的客觀對象，從地下的實物材料出發，在研究方式上亦更為趨近於自然科學的研究。可以看到，在推重實物材料的背後，多少蘊含著以自然科學為研究範式的學術走向。正如疑古派通過強化存疑原則而認同科學的理性精神一樣，王國維在研究材料和對象上，以不同的方式展示了相近的科學追求。
當然，研究的對象和材料上與科學的趨近，還具有某種外在的形式，從方法論上看，二重證據法的意義並不限於此。王國維所說的紙上材料與地下材料，首先固然涉及史料的類別：一為文獻材料，一為保存在地下的實物材料，但它又不僅僅限於材料的分類。地下的實物之具有獨特的價值，並不隻是取決於其材料，在更內在的層麵，它與這種材料的形成方式相聯係。王國維所說的地下的材料，主要是甲骨、彝鼎等古代實物，在具體的內容上，它們所提供的，亦是一種文字記載（刻於甲骨、彝鼎之上的古代文字材料）。然而，就其來源而言，地下的這些甲骨文字和金文卻是在傳統的文獻材料（紙上材料）之外獨立形成的；換言之，它們並不是對其他文獻材料的轉錄。從邏輯上看，如果兩種記載是在彼此獨立的條件下形成的，那麽它們就具有了相互印證的可能；而如果這兩種獨立形成的材料提供了相同的記載，那麽這種記載的可靠性也就獲得了更多的根據。地下材料之所以重要，相當程度上在於它既具有本源性，又長期保存於地下，未受曆史上文獻轉錄的影響，從而較好地保持了其獨立性。
二重證據法所體現的方法論原理，從一個方麵折射了近代科學的研究方式。觀察和實驗是近代科學的基本手段之一，從觀察這一層麵看，如果觀察的陳述僅僅來自某一個觀察者，那麽其可靠程度就較低；而當不同的觀察者各自獨立地提供了相同的陳述，這種陳述的可靠性程度也就相應地得到了提高。同樣，以實驗而言，科學研究要求實驗的結果應當具有可重複性，也就是說，必須使不同的實驗者在相同的條件下能獨立地獲得相同的實驗結果，唯其如此，實驗的結果才具有科學的價值。王國維早年曾研習科學，他的二重證據法要求以獨立形成的材料相互參證，無疑滲入了近代科學的影響。正是二重證據法所內含的科學方法論原理，使之區別於傳統的金石研究，也正是在相近的意義上，陳寅恪認為王國維的研究方法“足以轉移一時之風氣而示來者以軌則”[29]。所謂示以軌則，也就是提供一種新的研究範式。在引入科學方法的背後，我們不難看到科學觀念的深層浸潤。
作為科學的方法，二重證據法首先以求真為目標。如果說，疑古派主要以科學的理性精神揭示偽史的不真實，那麽王國維的古史新證則試圖通過對考古新材料的實證研究，從正麵提供真實的曆史。與之相聯係，王國維對材料的發掘運用予以了特別的關注，除了甲骨、金石外，王國維對其他實物形態的材料也極為注重：“金石之出於邱隴窟穴者，既數十倍於往昔。此外，如洹陰之甲骨，燕齊之陶器，西域之簡牘，巴蜀齊魯之封泥，皆出於近數十年間，而金石之名乃不足以該之矣，之數者，其數量之多，年代之古，與金石同，其足以考經證史。”[30]在古史研究中，王國維運用的材料之廣、考辨之深入，往往為前人所不及。通過材料的擴展和考釋以求其真的這種研究路向，確乎體現了實證化的科學範式。
與實證的研究相聯係，從總體上看，王國維所追求的真，主要指向具體的事實領域。以二重證據為手段，王國維對殷周曆史、西北地理、蒙古史與元史等作了廣泛而紮實的研究，取得了令世人矚目的成績。然而，這種研究基本上都沒有超出事實考辨之域。以王國維的名著《殷卜辭中所見先公先王考》而言，此書以殷墟卜辭考史，證實《史記》所載殷代世係確有根據，在史學研究中實屬創舉，並有極為重要的學術含義。甲骨中的卜辭固然早已發現，但可以說直到此時，它對曆史研究的價值才真正顯示出來。不過，從具體的內容看，這種曆史考察的價值，主要不外乎史事的澄清。如殷代高祖王是否實有其人，在曆史上一直是個懸案。王國維在卜辭研究中發現了王亥之名，並考證出此人且被奉為高祖，從而為王亥的存在提供了原始的材料。然後，又進一步考察文獻材料：《山海經·大荒東經》已有關於王亥的記載，《世本》王亥作王，《帝係篇》王亥作王核，《楚辭·天問》亥作該，《漢書·古今人表》作垓；核、該、垓皆亥之通假字。《史記·殷本紀》及《史記·三代世表》兩處王亥皆作王振，振與核、垓二字形近而訛。經過文獻記載與甲骨卜辭的這種互證，王亥作為曆史人物，其存在就得到了確認，它對具體地了解殷代的世係，提供了重要的資料。運用二重證據法所進行的這種考證，在考察的嚴密性等方麵，無疑近於實證科學的研究；同樣，與實證研究一致，它所解決的問題，也主要是事實的確證。
即使是史論性的著作，如《殷周製度論》，亦仍以事實的辨析為主題。《殷周製度論》是20世紀初的史學名著，在該文中，王國維開宗明義即指出：“中國政治與文化之變革，莫劇於殷周之際。”政治、文化的討論，似乎屬宏觀的理論題目，但王國維在此文中所作的主要工作，是論證以下三個觀點：“周人製度之大異於商者，一曰立子立嫡之製，由是而生宗法及喪服之製，並由是而有封建子弟之製，君天子臣諸侯之製。二曰廟數之製。三曰同姓不婚之製。”[31]立子立嫡、廟數、同姓不婚都屬於具體的曆史事實，王國維以卜辭研究的成果，著力論證殷代製度“以弟及為主而子繼輔之”，直到周代才出現了立子立嫡製，等等，所著重的，首先是以上史實的考定。盡管這種考訂亦涉及重要的理論問題，但與殷卜辭中所見先王先公考相似，它在總體上更傾向於實證的研究。[32]
王國維以滲入了實證科學精神的二重證據法為工具，開辟了古史新證的研究方向。如果說，在疑古派那裏，科學的信念主要轉化為一種理性的評判精神，並由此而為解構傳統的古史係統及與之相聯係的傳統價值係統提供了價值觀的支持，那麽，在王國維那裏，科學的觀念似乎主要具體化為一種方法論中的確信：運用科學的方法，便可以再現曆史事實之真；前者較多地從價值觀的層麵認同科學，後者則以趨近於實證科學的研究方式表現了對科學的信念，二者從不同的方麵展示了科學在史學領域的主導趨向。