Ему принадлежит честь открытия и публикации многих источников: фрагмента об избиении в 811 г. болгарским правителем Крумом христианских пленных (так называемый Ватиканский рассказ, или «Хроника Дуйчева»), новых греческих списков краткого Жития св. Климента Охридского, составленного архиепископом Охридским Димитрием II Хоматианом, Жития и службы св. Науму Охридскому и составленного на основе неустановленных источников позднего Жития свв. Кирилла и Мефодия из рукописи греческого монастыря Гроттаферрата в Италии, фрагмента греческого Жития св. Ромила Видинского. В 1940–1944 гг. Иван Симеонов Дуйчев составил хрестоматию текстов по средневековой истории Болгарии и продолжал работу над её расширенным и дополненным изданием (пока не издано, т.к. по завещанию Ивана Симеонова Дуйчева неопубликованные источники, хранящиеся в его архиве, могут быть изданы только через 30 лет после его смерти). При его участии вышли в свет шесть томов текстов греческих источников по болгарской истории с переводами на болгарский язык, комментированные издания Монемвасийской хроники и Рильской грамоты болгарского царя Иоанна Шишмана 1378 г. Фототипическим способом Иван Симеонов Дуйчев издал ватиканскую рукопись «Хроники» Константина Манаси и Болонскую Псалтырь, написал предисловия и комментарии к факсимильным изданиям славянского перевода «Хроники» Симеона Логофета, Бдинского сборника, картулярия монастыря св. Иоанна Предтечи в Константинополе, сочинений св. Евфимия, патриарха Тырновского, и другим изданиям лондонской серии «Variorum Reprint». Особый интерес Ивана Симеонова Дуйчева вызывала история взаимоотношений Римско-католической церкви с Болгарией: ему принадлежат комментирование издания переписки папы Иннокентия III (1198–1216 гг.) с болгарским царём Калояном и клиром Болгарской церкви, многочисленные работы по истории католицизма в Болгарии в XIV–XVII вв. (1939 г.) и др.). Он посвятил многие годы изучению истории и культурного наследия Рильского монастыря. Работы учёного, как правило, небольшие по объёму, выходили в научной периодике и сборниках. Они позволяют составить впечатление о концептуальных основах научных взглядов Ивана Симеонова Дуйчева, считавшего Византию и принявшие христианство по греческому обряду славянские народы особым европейским культурно-цивилизационным феноменом, «византийско-славянской общностью», составляющей нераздельную часть средневековой Европы. Значительна также его роль в осуществлении научных связей византинистов стран социалистического лагеря (прежде всего, Болгарии) с западными исследователями в 1950–1980 гг.