Опираясь на многочисленные рукописные источники, В.М. Металлов изучал проблемы нотации, осмоглавия, происхождения знаменного распева и др. В работе «Богослужебное пение Русской Церкви: Период домонгольский» он впервые детально рассмотрел начальный этап развития древнерусского церковного пения, исследовал вопросы происхождения знаменного распева и знаменной нотации, классифицировал и датировал ряд ранних нотированных источников. В исследовании «Осмогласие знаменного распева» (1899 г.) впервые проанализировал формульный состав гласов знаменного распева и составил свод мелодических формул (попевок) в соответствии с их гласовой принадлежностью (значение этого свода сохраняется и в настоящее время). Некоторые идеи В.М. Металлова впоследствии были пересмотрены: например, представление о происхождении знаменного распева не от византийской, а от славянской и, возможно, греко-сирийской традиций; отрицание роли звукоряда в знаменном осмогласии и др. Помимо работы в Московской консерватории В.М. Металлов преподавал церковно-певческую палеографию в Археологическом институте (с 1907 г.; с 1911 г. – секретарь совета института), был членом комиссии по описанию церковных древностей Москвы при церковно-археологическом отделе Общества любителей духовного просвещения, членом-корреспондентом Императорского общества любителей древней письменности, членом совета Православного миссионерского общества (с 1913 г. – заведующий письменной частью). После 1917 г. В.М. Металлов продолжал научную и преподавательскую деятельность. В это время он был сотрудником Государственной академии художественных наук (ГАХН), преподавал в Московской духовной академии. 2 июня 1919 г. было принято постановление Наркомпроса о неприменении к В.М. Металлову распоряжения о недопущении лиц духовного сана к занятию должностей в школах: «...Ввиду совершенно специальных задач, которые преследует Консерватория, как высший музыкальный институт, и во внимание к глубоким познаниям пр. Металлова в области истории и теории духовной музыки, считать возможным, в виде исключения, допустить профессора Металлова к преподаванию в Консерватории, с тем, однако, условием, чтобы данный случай не рассматривать как прецедент, который мог бы служить поводом к возбуждению в будущем аналогичных ходатайств в отношении к общеобразовательным школам республики». С 1919 г. В.М. Металлов преподавал теорию и историю церковного пения в Московской духовной академии. Похоронен на Ваганьковском кладбище в Москве.