М. И. Гиллельсону принадлежат широко известные работы о Лермонтове, Герцене, Пушкине, истории русской печати и цензуры. Он ввел в историко-литературный обиход понятие «арзамасское братство» в конце 1950-х годов, когда исследовательская традиция рассматривала «Арзамас» как более или менее локальный и ограниченный по своим задачам литературный кружок. С его именем связано начало нового этапа в изучении Вяземского. Он осуществил издание «Хроники русского» А. И. Тургенева и его дневников за 1825—1826 годы. Он издал свод русской эпиграммы первой половины XIX века; при его ближайшем участии был собран и прокомментирован корпус сочинений М. Ф. Орлова.
Сочинения
- М. Ю. Лермонтов : Семинарий. Л : Учпедгиз, 1960. 460 с., [1] л. портр. (в соавторстве)
- Гоголь в Петербурге. Л. : Лениздат, 1961. 307 с., [1] л. портр. (в соавторстве)
- А. И. Герцен : Семинарий. М.; Л. : Просвещение, 1965. 340 с., [1] л. портр. (в соавторстве)
- П. А. Вяземский : Жизнь и творчество. Л. : Наука, 1969. 391 с., [1] л. портр.
- От арзамасского братства к пушкинскому кругу писателей. Л. : Наука, 1977. 200 с.
