在北京的后几年，王国维对戏曲产生了浓厚的兴趣。这时又发生了看似平常，但却对王国维今后的学术研究方向具有重要意义的两件大事：一是1908年，被清政府流放到新疆的刘鄂病逝，他和罗振玉是亲家，所以他所藏的一部分龟甲在其死后为罗振玉所有，拓印为《铁云藏龟之余》。二是1909年秋，从敦煌满载而归的法国人伯希和路过北京，罗振玉携王国维等人一起去观看，大为惊奇，对其中一部分拍照影印，至此敦煌才为国内学界所知。之后在罗振玉等人的奔走下，清政府将剩余的敦煌遗书全部运到北京，放在京师图书馆。
1911年，武昌起义爆发，作为清朝遗老的罗振玉害怕被清算，决定前往日本避难，王国维也携带家眷，随同罗振玉奔赴日本。京都四年，王国维因为没有收入，一家老小都是仰仗罗振玉的资助，但这也是王国维一生中最能随心所欲，远离纷扰，醉心于学术的时期。由于罗振玉事先经过周密安排，将其拥有的大量私人藏书和龟甲平安运到了日本，在日本又拥有大量闲暇时间，王国维得以看遍了罗氏所藏的古籍、古彝器和其他古器物拓片，罗、王二人于是在学术上互相切磋，齐头并进，共同创作了《流沙坠简》一书。鲁迅曾说：“中国有一部《流沙坠简》……要谈国学，那才可以算一种研究国学的书。开首有一篇长序，是王国维先生做的，要谈国学，他才可以算一个研究国学的人物。”同时，罗、王二人又对罗振玉收藏的甲骨文进行考证与释析，由此开创了为后世称道的“罗王之学”。王国维的学术方向也由此转向史学。对于京都四年，王国维后来自己总结为：“生活最为简单，而学问则变化滋甚。成书之多，为一生冠。”
而罗振玉当时在经济上不仅要资助王国维一家，还要接济自己的女婿和弟弟，时间一长，罗氏自己也捉襟见肘。于是1915年，王国维接受英籍犹太人哈同的聘请，先期回国，前往上海，担任《学术丛编》的主笔。这一时期是王国维学术上的又一个高峰，先后撰写了《毛公鼎考释》、《殷卜辞中所见先公先王考》、《殷周制度论》等文章，彻底确立了自己在史学领域的大师地位，并受到梁启超、郭沫若等人的激赏。北京大学先后于1917年秋、1918年夏、1920年底三次邀请王国维到北大任教，但王国维说自己“有怀土之意，以迁地为畏事”，没有答应。直到1922年初，求贤若渴的北京大学派人送来了第一笔薪水，王国维才终于答应任北京大学研究所国学门通讯导师。
1919年，罗振玉回国，在罗的朋友升允的引荐下，王国维被清朝的末代皇帝溥仪任命为南书房行走。同年5月，罗、王二家联姻，罗振玉将自己的三女儿罗孝纯嫁给王国维的长子王潜明。
1924年1月溥仪降旨，“著（王国维）在紫禁城骑马”。王国维说满清一朝，能够以布衣身份享受紫禁城骑马待遇的，除了朱彝尊，就是他了，这实在是“异遇”，并为之非常感动。鲁迅曾评价王国维“老实到像火腿一般”。几个月后，北京政变，溥仪被冯玉祥驱逐出宫，两旁兵士持刀荷弹而立，王国维一直随侍其左右，不曾稍离，事后更是终日忧愤不已，好几次想跳神武门御河自杀，因家人监视而未果，由此的确可见王国维的忠厚笃实。
不过在王国维任职南书房行走期间，溥仪身边派系复杂，朋党之风甚烈，一心只想为皇上尽忠竭力的王国维素来不喜欢党派之争，不想蹚这趟浑水，但由于他和罗振玉的特殊关系，连溥仪都认为他是罗放在自己身边的一枚棋子，而王国维刻意避嫌的两次行为，则又引起了罗振玉的不满。
一件是1923年5月，王国维入小朝廷不久，书告罗氏：自己的《观堂集林》已在沪装订，打算将其中的精印本“进呈”溥仪。罗亦趁此将他自己的《殷虚书契前、后编》及《殷虚书契考释》从天津寄到北京，请王托书店做黄绫套代为“奏呈”。这使初入“南书房”的王国维颇感为难，他知道罗振玉和另一位遗老郑孝胥矛盾很深，便复信表示：为避嫌，拟待“数月以后”再办。罗很生气，当即回信，要王不必做书套代呈了，将原书交人送还。
