По инициативе Н.Н. Воронина было завершено издание «Истории культуры древней Руси» (М.; Л., 1948–1951 гг. 2 т.); он редактировал тома, написал главы о поселениях, о жилищах, об утвари, о пище, о путях сообщения, о крепостях и (совместно с М.К. Каргером) об архитектуре (прежде всего, церковной). Выход книг во многом ознаменовал поворот к историзму в культурной политике СССР; Н.Н. Воронин был удостоен Сталинской (Государственной) премии (1952 г.). В эти же годы он написал основные главы о киевском и владимиро-суздальском зодчестве для «Истории русского искусства», разрабатывал новую для него тему – становление национальных форм русской церковной архитектуры с XI по XVI вв. Монография «Зодчество Северо-Восточной Руси XII–XV вв.» (Ленинская премия 1965 г.) стала выдающимся явлением в советской исторической науке. Георгий Карлович Вагнер (1908–1995 гг.) назвал метод исследования Н.Н. Воронина «синтетическим», что означало изучение архитектуры в связи с техникой и ремёслами, с изобразительным искусством и книжностью, с социальной историей страны, с памятниками культуры Запада, Востока и Византии. Большое внимание Н.Н. Воронин уделял церковной литературе. Уже в 1950 гг. издал ряд исследований о произведениях домонгольской книжности, написал главы об искусстве Киевской Руси для «Истории русской литературы» (совместно с Д.В. Айналовым) и о древнерусском искусстве XIII–XVII вв., статью «Слово о полку Игореве и русском искусство XII–XIII вв.» (Литературные памятники). В 1949 г. Н.Н. Воронин вёл раскопки в Западной Белоруссии, с 1962 г. организовал раскопки в Смоленске. Совместный с Павлом Александровичем Раппопортом (1913–1988 гг.) труд по итогам этих работ был опубликован после смерти Н.Н. Воронина. Он обращался и к некоторым памятникам Полоцка, внёс вклад в изучение археологии ранней Москвы, возглавил группу, работавшую на площадке будущего Дворца съездов в Кремле. Особую роль Н.Н. Воронин сыграл в организации охраны памятников истории и культуры Древней Руси, требуя юридического оформления охраны памятников (статья «К вопросу об организации и юридическом обосновании дела охраны памятников в СССР»). За книгу «Древнерусские города» (1945 г.) был обвинён в «проповеди поповщины» и снят с поста заведующего сектором славяно-русской археологии ИИМК. Во второй половине 1950 гг. Н.Н. Воронин много писал о сохранении наследия Древней Руси: статья «Об охране памятников» (её расширенный текст «В защиту памятников прошлого» подписали Игорь Эммануилович Грабарь, Михаил Николаевич Тихомиров, Леонид Максимович Леонов, Павле Дмитриевич Корин, Илья Григорьевич Эренбург и др.). Была опубликована серия статей Н.Н. Воронина, собранных впоследствии в книгу «Любите и охраняйте памятники древнерусского искусства» (М., 1960 г.), где отстаивалась эстетическая ценность произведений церковного искусства. В последние годы жизни Н.Н. Воронин стал одним из создателей Всероссийского общества охраны памятников истории и культуры. Огромный вклад он внёс в создание методов натурного изучения памятников архитектуры (особенно церковного зодчества), обосновав необходимость развития «архитектурной археологии» в ряде специальных работ. Всего Н.Н. Воронин написал около 350 работ, в том числе популярных книг, посвящённых древним русским городам.